Luchtdrukprobleem station Delft volgend jaar aangepakt

Draaideuren

Bij de ingebruikname van het station in 2015 bleken de draaideuren vanzelf harder te gaan draaien als er een trein met hoge snelheid door de spoortunnel reed. ProRail heeft daarop de deuren verwijderd en de maximum snelheid van de treinen in de tunnel verlaagd. 

Wat gaat er gebeuren?

De oorspronkelijke draaideuren hadden een dubbelfunctie. Naast toegangsdeuren waren het ook vluchtdeuren. In de nieuwe situatie zijn deze twee functies gescheiden en komen er aparte vluchtdeuren naast de versterkte draaideuren. Verder komen er ontluchtingskleppen in de gevel boven het plafond van de bovengrondse stationshal. Op die manier zorgen we ervoor dat de luchtdruk (onderdruk en overdruk) makkelijker het gebouw in- en uit kan.

Wanneer gaat het gebeuren?

De aannemer start eind november 2018 met voorbereidingen voor het werk. Begin 2019 verwijdert hij eerst plafondplaten aan de buitenkant van de gevel, voor controle en gedetailleerde inmetingen. De open plafonds dicht hij tijdelijk met gaas, tot het moment van plaatsing van de ontluchtingskleppen. Naast iedere draaideur (tourniquet) bouwt hij een vluchtdeur, om vervolgens de tourniquet op de oorspronkelijke plaats terug te brengen. In de zomer gaan we de nieuwe situatie 's nachts testen. 

Hoe zat het ook alweer? Een terugblik

Kort voordat op 28 februari 2015 in Delft de spoortunnel en het nieuwe station in gebruik worden genomen, gebeurt er iets onverwachts. Een passerende testtrein veroorzaakt zodanig hoge luchtdruk dat draaideuren onbedoeld in beweging komen. Het hoe en waarom van dit voorval is vervolgens grondig bestudeerd. Oplossingen, een kwestie van maatwerk, zijn gevonden.
In oktober 2018 is de opdracht voor de maatregelen gegund aan Constructif. Tengevolge van een faillissement van de vorige aannemer moest ProRail een nieuwe aanbesteding doorlopen waarmee een jaar vertraging is opgelopen.

Station Delft: het gebouw

Station Delft omspant drie niveaus. Vanaf ondergrondse perrons leiden trappen en roltrappen naar een tussenvloer die door (rol)trappen verbonden is met de stationshal op het maaiveld. Op de tussenvloer bevindt zich ook de entree tot een fietsenstalling. De stationshal zelf is geïntegreerd in een gebouw dat als huisvesting van het stadskantoor dient. Architectenbureau Mecanoo ontwierp dit gebouw, inclusief de stationshal met dichte gevel. Benthem Crouwel Architekten bedacht het deel van het station dat zich onder het maaiveld bevindt. Het station is in opdracht van ProRail tot stand gebracht, het gemeentelijk Ontwikkelingsbedrijf Spoorzone Delft (OBS) fungeerde als gedelegeerd opdrachtgever voor het ontwerp en de bouw van de stationshal.

Draaiende deuren

Op 27 februari, een dag voor de indienststelling van de tunnel en het station, blijkt tijdens de laatste testen dat de draaideuren die toegang bieden tot de fietsenstalling en stationshal gaan draaien als gevolg van luchtdruk: een ongecontroleerde en dus onwenselijke situatie. "Een volslagen verrassing", zegt Ad Broeders, projectmanager namens ProRail. Hij legt uit dat aan de openstelling uiteraard een uitgebreid programma van testen is voorafgegaan, maar dat voor de ultieme praktijkproef slechts weinig tijd is.

Nadat tijdens een zesdaagse buitendienststelling van de spoorverbinding het nieuwe spoor op het bestaande spoor is aangesloten, moet regulier treinverkeer zo snel mogelijk doorgang vinden. "Pas tijdens de laatste testen van spoor- en tunnelsystemen konden de treinen voor het eerst met baanvaksnelheid, 120 km per uur, of zelfs iets harder rijden. Ook lieten we twee treinen tegelijk door de tunnel rijden, wat extra overdruk veroorzaakt. Toen merkten we dat er wat gebeurde met de draaideuren in de fietsenstalling en stationshal."

Een alternatief spoor is niet meer voorhanden en het aftellen naar de openstelling is inmiddels begonnen. Er is nog 24 uur te gaan. Om de nieuwe spoorverbinding in gebruik te kunnen nemen, worden de deuren naar de stalling eruit gehaald. "We dachten zo de situatie onder controle te hebben. Een enorme operatie is in volle gang en je kunt niet zomaar op de pauzeknop drukken en je rustig achter de oren krabben."

Vlak voordat het station de volgende ochtend officieel opengaat, doet zich echter hetzelfde verschijnsel voor in de stationshal. Wanneer een lege trein met hoge snelheid door de tunnel rijdt, klappen draaideuren open. Tijdens eerdere testen waren deze nog niet functioneel.

Open deuren

De zogenaamde tourniquetdeuren in de dichte gevel van de stationshal zijn multifunctioneel: ze verschaffen toegang, zorgen voor een tochtvrij station en dienen als vluchtdeuren in het geval van een calamiteit. "Als er flinke kracht op de deuren wordt uitgeoefend, komen ze in een vaanstand te staan zodat mensen gemakkelijk naar buiten kunnen stromen. Dat is precies wat er gebeurde toen de luchtdruk in de stationshal te hoog werd", legt Broeders uit.

In overleg met NS Reizigers is nog diezelfde dag de snelheid van het treinverkeer aangepast. Treinen rijden sinds die dag met maximaal 80 km per uur de tunnel in. Volgens Broeders heeft dit geen gevolgen voor de dienstregeling van NS Reizigers. Er is alleen wat minder ruimte om bij te sturen, mocht dat nodig zijn.

"Voor de reizigers is nooit een onveilige situatie ontstaan", benadrukt hij. Op tijden dat er geen reizigers zijn, wordt nadien een aantal keren de proef op de som genomen door deuren anders af te stellen en treinen met een hogere snelheid te laten rijden. De resultaten zijn niet bevredigend. "Na drie weken besloten we ook de draaideuren in de stationshal weg te halen."

Check, check, dubbelcheck

Toen eenmaal een stabiele situatie was gecreëerd, hebben ProRail en het Ontwikkelingsbedrijf Spoorzone Delft (OBS) betrokken partijen gevraagd de oorzaken en gevolgen van het teveel aan overdruk te helpen analyseren en aan oplossingen bij te dragen: NS Stations (eigenaar en exploitant van de stationshal), NS Reizigers, architectenbureau Mecanoo (ontwerper stationshal) en DRB (de voor het tunnel- en stationsontwerp verantwoordelijke combinatie van DHV, Benthem Crouwel Architekten en Railinfra Solutions).

"We hebben de koppen bij elkaar gestoken en uitgezocht wat er aan de hand is", vertelt Isidoor Hermans, de directeur van OBS. "Zo zijn we nagegaan welke uitgangspunten voor het ontwerp zijn gehanteerd. We hebben oplossingen bedacht en afgesproken welke maatregelen we op korte en welke maatregelen we, voor zover nodig, op langere termijn nemen."

Dicht gevel 

Anders dan vele stations in Nederland is de stationshal van Delft voorzien van een dichte gevel, omwille van het comfort van de gebruikers. Deze keuze voor een ‘gesloten’ station heeft gevolgen, zo blijkt. Een trein die de tunnel inrijdt, duwt lucht voor zich uit. Deze compressiegolf zoekt de weg van de minste weerstand. Hij beweegt zich voort door de tunnel én vindt een makkelijke weg naar boven, waar hij eerst op de scheidingswand tussen het station en de fietsenstalling stuit en vervolgens op de binnenkant van de gevel van de stationshal.

Daar is rekening mee gehouden, zegt Hermans. "Aan de ontwerpen van het station, zowel boven- als ondergronds, liggen allerlei soorten eisen ten grondslag, waaronder criteria voor luchtdruk. Deze zijn gestoeld op berekeningen met het computersimulatiemodel van professor Alan Vardy van de universiteit van Dundee, een autoriteit op het gebied van aerodynamica in tunnels. Hij had uitgezocht welke luchtdrukken kunnen gaan optreden."

Toen het verschijnsel zich openbaarde, is aan Vardy gevraagd de effecten van treinverkeer op de luchtdruk in het station door te rekenen, op basis van uitgebreide testresultaten, om er zeker van te zijn dat de voor de ontwerpen gehanteerde uitgangspunten kloppen.

"Dat bleek het geval. Om geen enkele twijfel te laten bestaan, hebben we Bert Blocken, hoogleraar stedenbouwfysica aan de TU Eindhoven en de KU Leuven, vervolgens verzocht de modelresultaten van Vardy te valideren. Een second opinion."

Blockens toetsing bevestigt de betrouwbaarheid van de gebruikte gegevens. ‘De opgetreden luchtdruk is niet wezenlijk hoger dan was voorspeld.’ Blocken is ook in de arm genomen om het voorgestelde pakket van maatregelen tegen het licht te houden (zie kader).

Uniek bouwwerk

Achteraf gezien is het duidelijk dat in de ontwerpen rekening is gehouden met een belasting die ontstaat wanneer treinen met 140 km per uur door de tunnel rijden. De dynamische componenten zoals draai- en vluchtdeuren, rookschermen en ventilatiesystemen bleken echter niet tegen een sterke compressiegolf bestand.

Broeders: "Station Delft is een uniek bouwwerk. Een spoortunnel met vier sporen in vier tunnelbuizen in combinatie met een ‘gesloten’ station is uitzonderlijk. Een standaard programma van eisen was dan ook niet van toepassing. Vandaar het verzoek aan Vardy om de invloed van treinverkeer in de tunnel op het station te kwantificeren. Een referentievoorbeeld ontbrak."

Oplossingen

In de loop van 2019 worden stap voor stap uiteenlopende maatregelen genomen zodat de snelheid van het treinverkeer in stappen kan worden opgevoerd naar 120 km/u.

De draaideuren in de gevel van de stationshal worden teruggebracht en gefixeerd. Ze fungeren niet langer als vluchtdeuren. Er komen aparte vluchtdeuren met drangers die voorkomen dat ze open- en dichtwaaien als gevolg van over- of onderdruk. Die drangers komen ook op de deuren achter de winkels. In de doorgangen naar de fietsenstalling is deze functiescheiding al gerealiseerd.

Verder zullen afzuiginstallaties en andere voor grote drukverschillen gevoelige systemen in de winkels en horecavoorzieningen indien dat nodig is worden aangepast. Andere ventilatoren en terugslagkleppen houden de luchtstroom in toom. De doorgang van de stationshal naar het stadskantoor, van elkaar gescheiden door een pui, wordt voorzien van een tochtsluis. De eerste deur die je doorgaat sluit zich voordat de tweede deur opengaat.

Luchtdruk acceptabel

Met deze maatregelen blijven verschillen in luchtdruk acceptabel en ontstaan geen onveilige situaties. Doordat sprake is van een 'gesloten' gebouw wordt het station er behaaglijker op voor reizigers, ondernemers en hun klanten. Om de snelheid verder te kunnen opvoeren naar 120 km per uur is echter meer nodig. De stationshal krijgt daarom een ventielfunctie.

Over de lengte van de gevel van de stationshal, direct onder de overkapping, worden kleppen ingebracht die met de luchtstromen zullen meebewegen. Een teveel aan lucht kan direct naar buiten. Ontstaat er onderdruk in de hal, bijvoorbeeld doordat verschillende treinen tegelijk de tunnel verlaten en lucht aanzuigen? Dan bewegen de kleppen vanzelf naar binnen toe en zal er lucht de hal instromen. Het gewicht van de klep bepaalt onder welke druk hij beweegt. Deze voorziening is waarschijnlijk gereed in het tweede kwartaal van 2019.

Testen

Voor al deze maatregelen geldt dat ze in de zomerperiode eerst grondig worden getest alvorens de snelheid van het treinverkeer wordt opgeschroefd. Treedt inderdaad het gewenste effect op? Door de vinger aan de pols te houden, wordt ook duidelijk of het totaal van maatregelen adequaat is.

In 2024 zal volgens het Programma Hoogfrequent Spoorvervoer (PHS) het aantal treinbewegingen op het traject Den Haag – Rotterdam toenemen. Niet voor niets is de spoortunnel al op vier sporen berekend.

Verkeer over vier sporen heeft in dit opzicht een voordeel ten aanzien van de huidige situatie. Dat er vier treinen tegelijk aankomen dan wel vertrekken, is zeer onwaarschijnlijk en dus zal de luchtdruk, die dan over vier in plaats van twee buizen wordt verdeeld, slechts sporadisch naar zeer hoge waarden stijgen.

Besluitvorming

Kan met de beoogde maatregelen worden volstaan of moeten op termijn nog meer stappen worden gezet? Dat moet blijken uit het programma van testen en verdere analyse van kosten en baten. Wel is het dak van de nieuwe tunnelbuizen op één locatie al voorbereid zodat hierop later eventueel luchtschachten kunnen worden aangesloten.

De ontluchting is een aanvullende maatregel om met 120 km per uur te gaan rijden met behoud van de gewenste mate van veiligheid en comfort. Indien het noodzakelijk is deze flinke ingreep uit te voeren moet dit worden gerealiseerd voordat toekomstige activiteiten, zoals de inrichting van de openbare ruimte en aanleg van de railinfrastructuur in de casco-tunnelbuizen (PHS) inpassing van schachten niet meer toelaten.

Dienstregeling factor in besluitvorming

De dienstregeling van NS is ook een voorname factor in de besluitvorming. Hoe frequent en hoe hard moet hier op enig moment worden gereden zodat het treinverkeer op deze corridor volgens plan kan worden afgehandeld. De betrokken partijen hebben afgesproken wanneer dergelijke knopen uiterlijk moeten worden doorgehakt. De maatregelen die in 2018 en 2019 worden genomen, kosten circa 3 miljoen euro (exclusief BTW).

Hoewel de stationshal het al een hele tijd zonder deuren moet stellen, zijn reizigers volgens de Stationsbelevingsmonitor, een terugkerend onderzoek van ProRail en NS, erg tevreden met het station Delft. Ten opzichte van het oude station is de score enorm verbeterd, van een 6- naar een 7,8.

Een leerproces

Professor Bert Blocken en doctor Ivo Kalkman zijn beide verbonden aan de TU Eindhoven, waar ze zich onder meer hebben toegelegd op de analyse van de invloed van wind op de gebouwde omgeving. Een recent onderzoek naar voortplanting van drukgolven in tunnels bracht ProRail ertoe de onderzoekers te vragen om een second opinion over de gehanteerde uitgangspunten, een oordeel over de voorgenomen maatregelen en een advies over oplossingen op detailniveau.

"Een dichte gebouwschil en gescheiden tunnelbuizen maken van station Delft qua aerodynamica een bijzonder geval", zegt Blocken. "Deze keuze is gemaakt, begrijpelijk genoeg, om allerlei in de beleving van de gebruiker onaangename luchtverplaatsingen te voorkomen. Maar ze heeft een keerzijde. Onder bepaalde omstandigheden ontstaat hoge overdruk. Onderdelen van het station bleken hier niet tegen bestand te zijn en dit vergt aanpassingen."

Interessant studieobject

Voor het vakgebied is station Delft dan ook een interessant studieobject, beaamt de wetenschapper. "De wens om een luchtdicht station te ontwerpen en de regelgeving voor onder meer brand- en tunnelveiligheid hebben de grootste invloed gehad op het tunnelconcept. Verder spelen de ruimtelijke beperkingen die de locatie – centrum Delft – met zich meebrengt, een rol. Tel hierbij op de unieke fysica van het stationscomplex en je hebt een praktijksituatie die bij nadere bestudering allerlei inzichten oplevert in de wisselwerking tussen randvoorwaarden, krachten en constructies. Van de casus Delft valt veel te leren."

De analyse en de modelberekeningen van prof. Vardy die ten grondslag liggen aan de bouwkundige ontwerpen, zijn volgens Kalkman prima. ‘Er is zorgvuldig te werk gegaan.’ Ook de oplossingen die de betrokkenen partijen voor de ontstane problemen hebben bedacht, zijn gecheckt en in orde bevonden.