F F512. Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart. Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase

Transcriptie

1 EINDRAPPORT F F512 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase

2 EINDRAPPORT F F512 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase

3 Auteur Ir. Q.C. de Rijke Fotografie omslag Ton Poortvliet Vormgeving Sirene Ontwerpers Druk Europoint Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uit gave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase, 2008, Stichting COB, Gouda. Aansprakelijkheid COB en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolle digheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en COB sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meege werkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. ISBNnummer

4 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Samenvatting Achter de tunnelboormachine (TBM) vormen de ringen een tunnelbuis die is ingebed in grout en grond. Op deze tunnelbuis wordt aan de voorzijde door de TBM een normaalkracht, een moment en een dwarskracht uitgeoefend. De ringen achter de TBM ondervinden een belasting door grout, grond en grondwater, waarbij de grond zelf ook als oplegging in de vorm van een bedding fungeert. Een ring die net de TBM heeft verlaten, drijft in het vloeibare grout. Dit vloeibare grout kan door neerwaartse groutstroming weerstand bieden tegen de verplaatsingen van de ring. Daarnaast wordt er weerstand geboden door krachtsoverdracht naar enerzijds de TBM en anderzijds de naastgelegen ringen van de tunnelbuis en het verderop reeds verharde grout. De ringen achter de TBM moeten dus samenwerken om een evenwichtsituatie te bereiken. Deze samenwerking wordt liggerwerking genoemd. Het onderzoek van COB-commissie F512 heeft zich gericht op de liggerwerking achter de tunnelboormachine tijdens de bouwfase van de Boortunnel Groene Hart. De verplaatsingen en vervormingen van de tunnel, de spanningen in de tunnellining en de groutdruk op de buitenkant van de tunnelbuis zijn in het onderzoek de speerpunten geweest. De volgende onderdelen zijn in het onderzoek doorlopen: 1. Maken van predicties van de verticale verplaatsingen van een onderhoudsschacht in het tunneltracé; 2. Opstellen van een meetplan voor de metingen bij de Boortunnel Groene Hart, plaatsen van de meetinstrumenten, uitvoeren van de metingen en het samenstellen van de meetrapporten; 3. Beoordelen en controleren van de meetresultaten; 4. Evaluatie van de meetresultaten middels modelleringen; 5. Opstellen eindrapportage. De uitgevoerde predicties van de verticale verplaatsingen van een onderhoudsschacht in het tracé onder invloed van het veranderen van gewicht tijdens het bouwproces van de schacht, voorspelden slechts kleine verplaatsingen. Er ontstond nauwelijks liggerwerking in de tunnel door het verplaatsen van de onderhoudsschacht. Dit was reden om het onder zoek te richten op de liggerwerking in de tunnel achter de tunnelboormachine (TBM) tijdens de bouwfase. De liggerwerking in de tunnel is onderzocht door verschillende metingen uit te voeren: verplaatsingen en hellingen (rotaties) van de tunnelbuis; ovalisatievervormingen van de tunnelbuis; rekken in de tunnelsegmenten; groutbelastingen op de tunnelwand; waterspanningen in de omgeving van de tunnelbuis; maaivelddeformaties. De meetresultaten zijn samengevat in meetrapporten waarbij bleek dat niet alle metingen vlekkeloos zijn verlopen als gevolg van uitvoeringsaspecten en de betrouwbaarheid van de meetinstrumenten. Over de uitvoering van de metingen worden vervolgens aanbevelingen gedaan. Een pre-evaluatie is uitgevoerd om de meetresultaten te beoordelen en te controleren op consistentie. 3

5 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase Vervolgens zijn de meetresultaten geëvalueerd. Enerzijds zijn de evaluaties voor enkele typen meetresultaten uitgevoerd door de resultaten te bestuderen en de gevonden fenomenen te verklaren. Met name de hellingmetingen (rotaties van de tunnel) en de rekmetingen bleken hierbij meer informatie te verschaffen dan op het eerste gezicht zou worden verondersteld. Anderzijds zijn verschillende typen meetresultaten geëvalueerd aan de hand van modellen. Ten aanzien van de liggerwerking achter de TBM zijn twee modellen gebruikt: Een EEM-model waarin de tunnel als een ééndimensionale buig- afschuifligger (deels) op een elasto-plastische bedding is gemodelleerd en een gefaseerde uitbouw van de tunnelringen wordt gesimuleerd; Een analytisch model, geïmplementeerd in een Excel-werkblad, waarbij de tunnel is gemodelleerd als een ééndimensionale ligger (deels) op een elastische bedding, waarbij tevens met een gefaseerde uitbouw van de segmenten kan worden gerekend. Met verschillende modellen betreffende het gedrag van grout is onder andere onderzoek gedaan naar de consolidatie van grout (o.a. de invloed op de grondwaterstroming) en de vorming van de groutcake, de stroming van het grout direct achter de TBM en de omhoog gerichte verticale belasting van het grout. Aan het eind van het rapport is een evaluatie van het onderzoek gegeven en zijn de belangrijkste conclusies en aanbevelingen samengevat. 4

6 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Summary Behind the tunnel boring machine (TBM) the rings form a tunnel lining that is embedded in grout and soil. The TBM exerts a normal force, a bending moment and a shear force on the lining. The tunnel rings behind the TBM experience a load through the grout, ground and ground water, but the ground also acts as a support medium. A ring that has just left the TBM floats in the fluid grout that has hardly any stiffness and offers resistance to tunnel displacements due to downward grout flow. Furthermore, resistance is offered by force transfer to the TBM and the adjacent rings of the tunnel lining and the hardened grout further down the tunnel. The rings thus have to cooperate to create equilibrium. This cooperation is called beam action. The focus of the research of COB-committee F512 was aimed at the beam action behind the TBM during the construction phase of the Boortunnel Groene Hart (bored tunnel in the Groene Hart in the Netherlands). Important issues in the research were the displacements and deformations of the tunnel, stresses in the tunnel lining and the grout pressure at the exterior of the tunnel tube. The research consisted of the following phases: 1. Execution of predictions of the vertical displacements of an escape shaft in the planned route of the tunnel; 2. Composition of a measuring plan, placement of the measuring instruments, execution of the measurements and composition of the measuring reports; 3. Assessment and check on the measurement results; 4. Evaluation of the measurement results by means of modelling; 5. Composition of the final report. The executed predictions (phase 1, see above) forecasted only small displacements and thus only little beam action was expected to occur. Therefore it was decided to aim the research at beam action in the tunnel behind the TBM. Beam action in the tunnel is researched by carrying out several measurements: displacements and tilt angles of the lining; ovalisation of the lining; strains in de tunnel segments; grout loads at the tunnel lining; water pressures in the surroundings of the tunnel; deformations of ground level. The results of the measurements are summarized in measurement reports. Not all measurements appeared to have impeccable results due to both execution aspects and the reliability of the measurement instruments. Recommendations on the execution of the measurements are discussed. A pre-evaluation is executed to assess and perform a check on the consistency of the measurement results for consistence. Furthermore the measurement results have been evaluated. On the one side, by studying several types of results and searching for explanations for phenomena found. Especially 5

7 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase the result of the tilt and strain measurement appeared to be much more informative than would be expected beforehand. On the other side several types of measurering results are evaluated using models. Two models were used to analyse beam action: A finite element method model, in which the tunnel is modelled as a 1D shear and bending beam (partly) on an elasto-plastic support. Also phased construction of the tunnel rings is implemented; An analytic model, implemented in an Excel worksheet. The tunnel is modelled as a 1D bending beam (partly) on an elastic support. Phased construction of the tunnel rings is implemented also in this model. Several models for the behaviour of grout are used to investigate the consolidation of the grout (for instance the influence of ground water flow), the formation of the grout cake, the flow of grout directly behind the TBM and the uplift loading of the grout on the tunnel. In the end of the report an evaluation of the research is given and the most significant conclusions and recommendations are summarized. 6

8 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Inhoudsopgave Samenvatting 3 Summary 5 1 Introductie Het boren van tunnels in Nederland Praktijkonderzoek van het COB, GPB en DC Centrum Ondergronds Bouwen Gemeenschappelijk Praktijkonderzoek Boortunnels Delft Cluster Organisatie en achtergronden F510, F511 en F F510, praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart F511, deelcommissie Trillingen F512, deelcommissie Tunnelconstructie Leeswijzer 13 2 Boortunnel Groene Hart Projectbeschrijving Tracé Bodemprofiel Boortechnologie Tunnelconstructie Veiligheid 20 3 Praktijkonderzoek liggerwerking in de bouwfase Deelprojectplan F Oorspronkelijke doelen Predicties en metingen verticale verplaatsingen onderhoudsschacht Definitieve onderzoeksdoelen Aanpak onderzoek Relatie met andere praktijkonderzoeken 24 4 Metingen aan tunnel en omgeving Metingen Consortium Bouygues/Koop Meetprogramma en het meetveld Deformatiemetingen Drukmetingen Rekmetingen Meetveld Absolute verplaatsingmetingen segmenten Flesjeswaterpasmetingen Tiltmetingen Rekmetingen tunnelringen Groutdrukmetingen Meetmethoden en instrumentatie 32 7

9 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase IJking groutdrukopnemers Waterspanningsmetingen Zettingsmetingen maaiveld Pré-evaluatie van de meetdata Dataverwerking Beoordeling van de meetresultaten Aanbevelingen t.a.v praktijkmetingen 38 5 Meetresultaten Deformaties van de tunnel Verticale verplaatsingen (Total station, waterpasmetingen) Hellingmetingen Rekken in de tunnelwand Drukken rondom de tunnel Groutdrukken op de tunnellining Waterdrukken naast en boven de tunnel Deformaties van het maaiveld Leerpunten bij metingen 53 6 Modellering boortunnel Relatie groutdruk - wateroverspanning Metingen Discussie meetresultaten Modellering ter evaluatie Resultaten modellering Relatie groutdruk - verticale verplaatsing tunnel Modellering liggerwerking met EEM Vergelijking modellen liggerwerking COB-projecten Analytische modellering liggerwerking Ontwerpparameters liggerwerking Kwantificering van groutbelasting uit groutinjectiestrategie Kwantificering maximale verticale beweging in grout Ontwerpmethode liggerwerking 71 7 Evaluatie, conclusies en aanbevelingen Evaluatie onderzoek / Terugkoppeling met onderzoeksdoelen Evaluatie metingen / Terugkoppeling met meetopzet Evaluatie van de modellen Algemene conclusie en aanbevelingen Conclusie per deelonderwerp Verplaatsing onderhoudsschacht Momenten in de tunnel Krachtsoverdracht tussen TBM en tunnel Verplaatsingen / vervormingen tunnel Modelresultaten verplaatsingen / vervormingen tunnel Groutbelasting / opdrijfbelasting, zwichtspanning, verticale groutdrukgradiënt Groutconsolidatie, verharding Aanbevelingen 80 8

10 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 8 Literatuurlijst Rapporten COB F512; Tunnelconstructie Boortunnel Groene Hart Rapporten andere COB-commissies Overige literatuur 85 Bijlage 1 Predicties verplaatsingen Onderhoudsschacht 87 Bijlage 2 Leermomenten metingen 89 Bijlage 3 Deelnemers commissie F

11 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 10

12 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 1 Introductie 1.1 Het boren van tunnels in Nederland Tunnels vormen belangrijke verbindingen in het infrastructuurnetwerk van Nederland; als oeververbinding onder waterwegen, in de stad om het straatniveau te ontlasten, het verhogen van de leefbaarheid in verband met luchtkwaliteit of geluid, óf tunnels om natuurgebieden te passeren zonder hinder te veroorzaken. Traditioneel worden tunnels in Nederland gebouwd met grote afzinkelementen bij vaarwegen of in een bouwput via het cut-and-cover principe. Sinds het begin van de jaren negentig wordt ook een andere techniek gebruikt, die in het buitenland al veel langer wordt toegepast: het boren van tunnels. Bij het boren van een tunnel graaft een grote cilindervormige machine, de tunnelboormachine (TBM), aan de voorzijde de grond weg. In de TBM wordt uit meerdere segmenten een tunnelring opgebouwd die samen met de reeds gebouwde ringen aan de achterzijde van de machine de tunnel vormt. Om voort te bewegen zet de TBM zich met behulp van vijzels af tegen de tunnellining. De tunnelsegmenten, andere bouwmaterialen en grond worden door de tunnel aan en afgevoerd. De boortunnels met grote diameter die tot nu toe in Nederland zijn gebouwd zijn: 1. Tweede Heinenoordtunnel (eerste boortunnel in Nederland, tunnel voor langzaam verkeer onder Oude Maas); 2. Botlekspoortunnel (tunnel voor spoorverkeer in de Betuweroute onder de Oude Maas); 3. Sophiaspoortunnel (tunnel voor spoorverkeer in de Betuweroute onder de riviertakken de Rietbaan en de Noord); 4. Westerscheldetunnel (tunnel voor wegverkeer tussen Zuid-Beveland en Zeeuws Vlaanderen); 5. Tunnel Pannerdensch Kanaal (tunnel voor spoorverkeer in de Betuweroute onder Pannerdensch Kanaal); 6. Boortunnel Groene Hart (tunnel onder het Groene Hart voor de Hoge Snelheidslijn van Amsterdam naar Parijs). Op het moment van uitkomen van dit rapport zijn de volgende boortunnels in uitvoering of in voorbereiding: 1. Statentunnel (metrotunnel Rotterdam); 2. Hubertustunnel (verkeerstunnel Den Haag); 3. Noord-Zuidlijn (metrotunnel Amsterdam). 11

13 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 1.2 Praktijkonderzoek van het COB, GPB en DC Centrum Ondergronds Bouwen Het Centrum Ondergronds Bouwen (COB) is in 1994 gestart met het verwerven van kennis en kunde ten aanzien van het boren van tunnels in Nederland door middel van het opzetten en uitvoeren van grootschalige praktijkonderzoeken bij de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. In de eerste periode van het COB (COB I ) was het onderzoek vooral gericht op het inhalen van de technologische kennisachterstand ten opzichte van het buitenland zoals Japan, Engeland en Duitsland. In de tweede fase van het COB (COB II ) is binnen het onderzoeksprogramma gekozen voor verdieping en verbreding; niet alleen de technische aspecten, maar ook de economische, juridische, ecologische, sociologische en psychologische aspecten en beleidslijnen in de keuzes die een rol spelen bij ondergronds bouwen zijn in COB II in kaart gebracht. Vanaf 2004 concentreert het COB zich op vier dossiers, te weten: veiligheid; ordening; techniek; (economische) duurzaamheid Gemeenschappelijk Praktijkonderzoek Boortunnels Vanaf het jaar 2000 zijn nieuwe praktijkonderzoeken bij boortunnels ondergebracht in het Gemeenschappelijk Praktijkonderzoek Boortunnels (GPB). Het doel van dit uitvoerings gerelateerde onderzoek is om via metingen en experimenten de kennis te vergroten over het boren van tunnels met een grote diameter. Onder de paraplu van het GPB zijn grootschalige praktijkonderzoeken uitgevoerd ter plaatse van de Westerscheldetunnel, Sophiaspoortunnel, Tunnel Pannerdensch Kanaal en in de toekomst zal het onderzoek bij de Noord-Zuidlijn onder de noemer van het GPB worden uitgevoerd. Ook het praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart is onderdeel van het GPB. Aan het GPB nemen de volgende partijen deel: Managementgroep Betuweroute (ProRail), Projectorganisatie HSL-Zuid (Rijkswaterstaat), Projectbureau Noord-Zuidlijn (Gemeente Amsterdam, dienst IVV), Bouwdienst Rijkswaterstaat, Delft Cluster en het Centrum Ondergronds Bouwen Delft Cluster Delft Cluster (DC) is een open netwerk met een kern van zes kennisinstituten (TU Delft, GeoDelft, KIWA, TNO Bouw en Ondergrond, WL/Delft Hydraulics en Unesco IHE). De missie van Delft Cluster is het ontwikkelen en verspreiden van gevalideerde kennis voor de Grond-, Weg-, en Waterbouwsector waarmee de samenleving wordt voorzien van effectieve oplossingen voor problemen die zich voordoen in een rivierdelta zoals Nederland. Eén van de speerpunten van DC is het beheerst benutten van de ondergrond. Samen met het COB is in het consortium DC-COB een samenwerking aangegaan waardoor de kennis en het kennisnetwerk van het ondergronds bouwen zo effectief mogelijk worden benut. 12

14 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 1.3 Organisatie en achtergronden F510, F511 en F512 Door de projectorganisatie HSL Zuid en het COB is het initiatief genomen voor een praktijk onderzoek Boortunnel Groene Hart. De hoofddoelstelling hierbij is het verdiepen van de kennis en de ervaring op het gebied van boortunnels in het algemeen, gerelateerd aan de Boortunnel Groene Hart. Het praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart is met name een voortzetting van de onderzoeken gedaan bij de Tweede Heinenoordtunnel, de Botlekspoortunnel, de Sophiaspoortunnel en de Westerscheldetunnel en heeft zich geconcentreerd op twee aspecten: Trillingen en Tunnelconstructie. Voor deze beide aspecten zijn de deelcommissies F511 en F512 opgericht. F510 was de overkoepelende commissie. Organisatie en taken van de commissie worden in het onderstaande toegelicht F510, praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart F510 is de overkoepelende commissie praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart. De doelstelling van deze commissie was het verdiepen van kennis van het boorproces met als eindproduct een plan voor de inkadering en globale onderzoeksvoorstellen voor de thema s trillingen en tunnelconstructie bij de Boortunnel Groene Hart. Uit de plannen van F510 zijn twee deelcommissies ontstaan, te weten: deelcommissie trillingen (F511); deelcommissie tunnelconstructie (F512) F511, deelcommissie Trillingen In deelcommissie F511 zijn de trillingen onderzocht die de TBM en de transportwagens in de tunnel tijdens de bouw van de Boortunnel Groene Hart veroorzaken. Het doel van dit onderzoek was het ontwikkelen van een protocol waarmee voldoende nauwkeurig trillingen op maaiveld en ter plaatse van bebouwing kunnen worden voorspeld. Dit onderzoek en het bijbehorende eindrapport zijn inmiddels gereed, zie referentie [21] F512, deelcommissie Tunnelconstructie In deelcommissie F512 is onderzoek verricht naar de tunnelconstructie van de Boortunnel Groene Hart. Kennisontwikkeling van het gedrag van de tunnelconstructie in de nabijheid van de tunnelboormachine was het hoofddoel van de commissie. Met name de liggerwerking van de tunnelbuis is in het onderzoek bestudeerd. Voor u ligt het afrondende eindrapport van het onderzoek. 1.4 Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt een impressie gegeven van de verschillende aspecten van de Boortunnel Groene Hart waarbij de bijzonderheden van het project worden belicht. Hoofdstuk 3 gaat in op het COB praktijkonderzoek waarvan het eindrapport voor u ligt. In hoofdstuk 4 wordt ingegaan op het meetveld en de diverse metingen verricht in de tunnel en in de omgeving daarvan. Hoofdstuk 5 gaat over de evaluaties van de metingen en hoofdstuk 6 gaat over de modelleringen die gebruikt zijn om de meetresultaten te evalueren. Hoofdstuk 7 geeft een evaluatie van het COB praktijkonderzoek F512 en hierin worden tevens de belangrijkste conclusies en aanbevelingen gepresenteerd. 13

15 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 14

16 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 2 Boortunnel Groene Hart 2.1 Projectbeschrijving De Boortunnel Groene Hart is onderdeel van de Hoge Snelheidslijn Zuid (HSL-Zuid) van Amsterdam naar Brussel en verder naar Parijs. Op het moment van bouwen was het met een externe TBM-diameter van 14,87 m de grootste boortunnel ter wereld. Door een wand te plaatsen in het midden van de tunnel zijn eigenlijk twee tunnels in één buis gerealiseerd, zie Figuur 1. De twee sporen zijn daardoor binnen dezelfde buis toch gescheiden. Dit is een innovatie voor de bouw van boortunnels geweest. Figuur 1. Boortunnel Groene Hart van binnenuit (foto: Ton Poortvliet) 2.2 Tracé Vanaf het noorden loopt het tracé van de tunnel vanaf de Bospolder nabij Leiderdorp via een 713 m lange, deels gesloten toerit naar beneden en vervolgens door het 7155 m lange geboorde gedeelte van de tunnel. Bij het Westeinde bij Hazerswoude-Dorp komt de HSL vervolgens via de 768 m lange, ook deels gesloten toerit terug op maaiveldniveau, zie Figuur 2. De tunnel is gelegen in drie verschillende polders en kruist de rivieren de Does en de Oude Rijn, zie Figuur 3. De tunnelas ligt gemiddeld 25 m onder NAP en het maaiveld van de polders varieert van 2 m +NAP tot 5 m -NAP, zie Figuur 5. 15

17 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase Figuur 2. Lengteprofiel Boortunnel Groene Hart (bron: DPI) Figuur 3. Tracé Boortunnel Groene Hart (bron: Rijkswaterstaat HSL-Zuid) 16

18 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Verder omvat de tunnel drie onderhoudsschachten (zie Figuur 4 en Figuur 9) ter plaatse van het geboorde gedeelte en twee luchtschachten aan beide uiteinden op 500 m afstand van de overgang van het open naar gesloten gedeelte. Alle vijf de schachten hebben ook een functie als luchtschacht: doordat lucht naar buiten en naar binnen kan worden gezogen, kan vereffening plaatsvinden van de luchtdrukverschillen die optreden wanneer een trein met hoge snelheid de tunnel in rijdt. Figuur 4. Onderhoudsschacht N11 (bron: Movares) 2.3 Bodemprofiel De bovenste lagen van de bodem ter plaatse van de Boortunnel Groene Hart bestaan tot ongeveer 10 tot 15 m beneden maaiveld (holocene pakket) uit kleilagen en veenafzettingen, zie Figuur 5. Op de overgang tussen het samendrukbare pakket en het daaronder liggende pleistocene pakket (NAP 12 tot NAP -13 m), bevindt zich een veenlaag. Het pleistocene pakket bestaat uit zandlagen van matig fijn zand met daaronder zeer grof zand. De overgang tussen beide zandpakketten ligt tussen NAP 25 m en NAP 30 m. De bodem heeft een geohydrologisch meerlagensysteem van zoet, brak en zout water. Om het evenwicht van dit systeem niet te verstoren en verzilting van het landbouwgebied boven de tunnel te voorkomen, moest zorgvuldig gewerkt worden. De onderkant van de tunnel is voornamelijk gelegen in de tweede zandlaag (NAP -30 m tot NAP -33 m). De bovenkant van tunnel is gelegen in de eerste zandlaag. 17

19 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase Figuur 5. Geotechnisch lengteprofiel Boortunnel Groene Hart (bron: Rijkswaterstaat HSL-Zuid) 2.4 Boortechnologie De Aurora, zoals de tunnelboormachine van de Boortunnel Groene Hart is genoemd, heeft een lengte van 120 m en heeft 38 vijzels oftewel 19 vijzelparen die gezamenlijk een stuwkracht van 1840 MN kunnen leveren. De lengte van het boorschild is 12,4 m. Ten tijde van het boren van de tunnel was dit de grootste en meest geavanceerde TBM ter wereld, zie Figuur 6. Door middel van slurry wordt de grond aan het boorfront gesteund. Een specifiek kenmerk van het Franse tunnelboorsysteem waarvan de aannemerscombinatie gebruik maakte, is dat de voortstuwingsvijzels op ¼ en ¾ van de tangentiële lengte van de segmenten wordt geplaatst, zie Figuur 7. Dit wijkt af van de vijzelconfiguratie van eerder geboorde tunnels in Nederland, waarbij de vijzels over de twee langsvoegen en in het midden van het segment staan. Figuur 6. De Aurora in de fabriek (foto: Paul Attard) 18

20 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 2.5 Tunnelconstructie De tunnellining is opgebouwd uit 2 m brede ringen elk bestaande uit 10 betonnen segmenten: 9 segmenten en een sluitsteen, zie Figuur 7. De dikte van de tunnelsegmenten bedraagt 0,6 m en de breedte 2 m. Bij de bouw van een nieuwe tunnelring groeit de tunnel dus 2 m. De uitwendige diameter van de tunnel is 14,87 m. De tunnelringen liggen in principe koud op elkaar: beton op beton, dus zonder triplex plaatjes of kaubit. Alleen op plaatsen met grote maatafwijkingen zijn vulplaatjes toegepast. Ook is geen kom-nok constructie op de segmenten aangebracht. Bij andere Nederlandse boortunnels werd dit vaak wel toegepast om dwarskrachtoverdracht tussen de ringen van de tunnel te garanderen. Bij de Boortunnel Groene Hart is echter genoeg wrijving tussen de ringen aanwezig om de dwarskracht over te kunnen dragen en liggen de ringen in zichzelf stabiel in de grond. De vijzelconfiguratie, waarbij beide vijzelparen geheel op het segment worden geplaatst, heeft tot gevolg dat een grote sluitsteen wordt toegepast met een grootte van de helft van een normaal segment. Figuur 7. Vijzelconfiguratie Boortunnel Groene Hart (geen vijzelschoen over de voeg), het halfsteensverband is niet consequent toegepast 19

21 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 2.6 Veiligheid Aan de tunnelveiligheid is veel aandacht besteed. Hierbij stond de zelfredzaamheid van de reizigers centraal. Door het aanbrengen van een tussenwand met om de 150 m vluchtdeuren kunnen de passagiers in geval van een calamiteit in de ene buis vluchten naar de andere, veilige buis (Figuur 8). Op de binnenkant van de tunnel is een brandwerende laag aangebracht om schade aan de tunnel door brand te verminderen. Een ander aspect was de bereikbaarheid van de tunnel voor hulpverleners die optimaal geregeld is door allerlei voorzieningen in de onderhoudsschachten. Tot slot spelen ook de aangebrachte tunneltechnische installaties (TTI s) een grote rol bij de veiligheid. Mechanische ventilatie zorgt ervoor dat bij brand de rook naar één zijde wordt getransporteerd. Figuur 8. Doorsnede Boortunnel Groene Hart (bron: Movares) 20

22 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 3 Praktijkonderzoek liggerwerking in de bouwfase Door deelcommissie COB F512 is onderzoek gedaan naar liggerwerking. Liggerwerking in geboorde tunnels is het fenomeen dat deformatieverschillen en belastingverschillen zich voordoen in de richting van de tunnelas die leiden tot buigende momenten en dwarskrachten in de lengterichting. Belastingen en vervormingen in tangentiele richting worden aangeduid met ringwerking. Liggerwerking kan zowel tijdens de bouwfase als in de gebruiksfase van een boortunnel voorkomen: In de bouwfase ondervindt de tunnel een veranderende belasting en vervorming in langsrichting t.g.v. het verharden van het grout en het verticaal verplaatsen van de tunnel, zie paragraaf 3.4. De eigenschappen van het toegepaste grout zijn hierbij van belang; Gedurende de gebruiksfase kan de tunnel op een locatie waar deze niet ondersteund wordt door de grond maar door een hard oplegpunt, zoals een constructie (bijvoorbeeld een onderhoudsschacht), liggerwerking ondervinden wanneer het oplegpunt een verticale beweging ondergaat, zie paragraaf 3.3. De stijfheid van de grond en de stijfheid van de tunnel spelen in deze situatie een belangrijke rol. 3.1 Deelprojectplan F512 Het deelonderzoek tunnelconstructie (COB/F512) sluit aan bij de voorafgaande COB praktijkonderzoeken Tweede Heinenoordtunnel (COB/K100), Botlekspoortunnel (COB/ F300) en Sophiaspoortunnel (COB/F200). In deze praktijkonderzoeken is ook onderzoek op het gebied van liggerwerking uitgevoerd. Tevens is aangesloten bij de grootschalige proefopstelling van drie op elkaar geplaatste tunnelringen in het Stevinlaboratorium van de TU Delft en het onderzoek van Delft Cluster naar het gedrag van (verhardend) grout. Uit dit onderzoek is onder andere gebleken dat er nog een aantal kennislacunes aanwezig is ten aanzien van de liggerwerking achter de TBM en de grootte van de grout- en grondbelasting die op de tunnel werkt (COB/L500). In het onderzoek F512 wordt op deze vraagstukken ingegaan. 3.2 Oorspronkelijke doelen In het oorspronkelijke projectplan is ervan uitgegaan dat een onderhoudsschacht in het tunneltracé (Figuur 9) tijdens de bouw in verticale richting verplaatst als gevolg van de veranderingen van het gewicht (ontgraven bouwput, water uitpompen, bouwen constructie in de bouwput). Omdat de tunnel aan de onderhoudsschacht verbonden is, zou de verticale verplaatsing leiden tot een opgelegde verplaatsing van de tunnel, hetgeen gepaard gaat met liggerwerking in de tunnelconstructie. Voordeel hiervan is dat de verticale verplaatsing van de bouwput eenvoudig te meten is en daardoor de liggerwerking in de tunnel goed te bestuderen is. Het grout rond de tunnel is in deze fase reeds verhard zodat de invloed van het vloeibare grout geen rol speelt; dit maakt het onderzoek eenvoudiger. De belasting op de tunnel wordt in deze fase bepaald door de spanningen in de grond. 21

23 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase De rol van het verhardende grout is onderzocht bij het COB onderzoek bij de Botlekspoortunnel (F340) en de Sophiaspoortunnel (F220/230). De oorspronkelijke doelstelling van het onderzoek was om de in werkelijkheid optredende liggerwerking te vergelijken met de vooraf berekende liggerwerking. Deze doelstelling bleek echter na de predicties en meetresultaten van de verticale verplaatsingen van de onderhoudsschacht niet haalbaar, zie paragraaf Predicties en metingen verticale verplaatsingen onderhoudsschacht Om te achterhalen of er liggerwerking optreedt, is onderzoek gedaan [2] naar het te verwachten verschil in verticale verplaatsing tussen de onderhoudsschacht bij de provinciale weg N11 en de boortunnel, zie Figuur 9. De predictie is gebaseerd op een Plaxisberekening waarvan de uitvoeringsfasering, de geometrie van de onderhoudsschacht en de toegepaste materialen zijn gemodelleerd. Hiertoe is de bodemopbouw in de omgeving van de schacht nader onderzocht. Een beschrijving van de predictie is opgenomen in Appendix I. Figuur 9. Onderhoudsschacht in aanbouw (foto: Ton Poortvliet) In het eerder uitgevoerde onderzoek COB/F210 Zwel zijn de verticale verplaatsingen van de startschacht van de Sophiaspoortunnel onderzocht aan de hand van metingen. De resultaten van dit onderzoek zijn gebruikt om de uitkomsten van de predicties van onderhoudsschacht N11 te vergelijken. De predicties en de vergelijking voorspelden een verticale verplaatsing van de onderhoudsschacht van slechts 5 tot 10 mm. De aannemer heeft tijdens de bouw van de schacht en de passage van de TBM metingen verricht naar de verticale verplaatsingen van de schacht [3], zie Figuur 10. De gemeten verplaatsingen blijken goed overeen te komen met de predicties, hetgeen op zich een mooi resultaat is. 22

24 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Figuur 10. Gemeten verticale verplaatsingen bij onderhoudsschacht N11 (3 meetpunten) De verwachting was dat het meten van liggerwerking in de tunnelbuis zeer weinig kans van slagen heeft bij deze geringe verplaatsingen. Er is daarom door de commissie in overleg met de Programma Advies Raad van het COB besloten om het onderzoek naar liggerwerking in het vervolg te concentreren op liggerwerking in de bouwfase van de tunnel achter de TBM, zoals beschreven in Definitieve onderzoeksdoelen Naar aanleiding van de resultaten van de predicties bij onderhoudsschacht N11 zijn het projectplan en de onderzoeksdoelen bijgesteld [1]. Gekozen is om het vervolg van het onderzoek te richten op de liggerwerking in de tunnelbuis achter de TBM waarbij het grout van invloed is op de krachtswerking in de tunnel. Liggerwerking tijdens de bouwfase ontstaat als volgt: Direct na het plaatsen van een segment in een ring wordt deze in axiale richting door de voortstuwingsvijzels belast; Vervolgens wordt de hele ring op dezelfde wijze opgebouwd; De TBM boort verder en plaatst achter elkaar steeds nieuwe ringen zodat de ring langzaam uit de achterkant van de TBM schuift. Het plaatsen van ringen en het wegboren van grond is een afwisselend proces; Tussen de tunnelringen en de grond perst de TBM grout om het verschil in diameter tussen de tunnel en de TBM op te vullen; Het vloeibare grout vormt een belasting op de tunnel; Na verloop van tijd is het grout uitgehard waarna de belasting op de tunnelwand bestaat uit gronddrukken; Gedurende dit proces wordt de tunnelbuis vervormd (ovalisatie) terwijl tevens een verticale verplaatsing optreedt (opdrijven); Op enige afstand achter de TBM is een situatie bereikt waarin verder geen verandering van betekenis meer optreedt. Het ongelijkmatig verplaatsen van de tunnelbuis in langsrichting door de verschillen in belastingen en de daarmee gepaard gaande krachten in de tunnelbuis wordt liggerwerking genoemd. 23

25 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase In het projectplan zijn de volgende kennislacunes geïdentificeerd: grootte van de externe belastingen op de tunnel (radiaal, tangentieel, axiaal); mate van verticaal verplaatsen van de tunnel; gedrag van verhardend grout (stroming, drukverdeling); ovalisatie van de tunnel (nauwkeurig); plaatsingsonnauwkeurigheden van de segmenten; dwarskrachtoverdracht tussen TBM en tunnelbuis. De doelstelling van het onderzoek F512 is om het in werkelijkheid optredende constructiegedrag achter de TBM te onderzoeken en dit te vergelijken met het berekende constructiegedrag. De eventueel gevonden verschillen moeten, zo mogelijk, worden verklaard. 3.5 Aanpak onderzoek In het aangepaste onderzoek zijn de volgende fasen doorlopen: maken van een meetplan, het plaatsen van instrumenten en uitvoeren van metingen t.b.v. metingen van de: - verplaatsingen en hellingen (rotaties) van de tunnelbuis (paragraaf 4.3, 4.4, 4.5); - ovalisatievervormingen van de tunnelbuis (par. 4.3); - rekken in de tunnelsegmenten (par. 4.6); - belastingen op de tunnelwand (par. 4.7); - waterspanningen in de omgeving van de tunnelbuis (par. 4.8); - maaivelddeformaties (par. 4.7, 4.9); beoordelen van de meetresultaten (par. 4.10) en besluitvorming over postdicties; analyseren van de resultaten (hoofdstuk 5) en maken van postdicties in relatie tot de meetresultaten (hoofdstuk 6); opstellen van het eindrapport. 3.6 Relatie met andere praktijkonderzoeken Liggerwerking is ook in voorgaande COB-onderzoeken een onderzoeksthema geweest. Bij de Tweede Heinenoordtunnel (COB/K100) zijn in de segmenten van twee ringen metingen verricht. De metingen zijn vergeleken met de resultaten van EEM-berekeningen. Met name ten aanzien van de liggerwerking achter de TBM zijn verschillen in de berekende en gemeten resultaten gevonden. Bij de Botlekspoortunnel (COB/F340) zijn in één ring metingen gedaan. Naar het gedrag van het grout wordt door Delft Cluster sinds enige tijd onderzoek gedaan. Een model van Delft Cluster, DCgrout, is onderdeel geweest in het onderzoek van F512. Stromingsgedrag en (radiale) drukverdeling van grout is onder andere in het kader van het praktijkonderzoek bij de Sophiaspoortunnel (COB/F220/230) met modellen berekend en getoetst aan de hand van metingen. In het onderzoek naar liggerwerking bij de Boortunnel Groene Hart (F512) is gebruik gemaakt van de opgedane kennis en de aanbevelingen van de voorgaande onderzoeken. 24

26 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 4 Metingen aan tunnel en omgeving Liggerwerking in geboorde tunnels is het fenomeen dat deformatieverschillen en belastingverschillen zich voordoen in de richting van de tunnelas die leiden tot buigende momenten en dwarskrachten in de lengterichting. Om de liggerwerking achter de tunnelboormachine (TBM) tijdens de aanleg van de Boortunnel Groene Hart te onderzoeken, zijn daarom gegevens nodig over: de deformaties van de tunnelbuis de belastingen die op de buis werken de krachten in de tunnelbuis De gegevens kunnen worden verkregen door middel van metingen. In dit hoofdstuk wordt besproken wat voor soort metingen zijn uitgevoerd en om welke reden, hoe de metingen zijn uitgevoerd en de eventuele leerpunten die bij de uitvoering van de metingen naar voren zijn gekomen. 4.1 Metingen Consortium Bouygues/Koop In een vroeg stadium van het praktijkonderzoek is bekeken welke metingen de aannemer aan de tunnel zou doen om zo na te gaan of deze voor het onderzoek gebruikt zouden kunnen worden. De volgende metingen zijn relevant gebleken voor het onderzoek naar liggerwerking: TBM-procesparameters, zoals vijzelkrachten, geïnjecteerd groutvolume etc.; Meting luchtmaat tussen de achterkant van de TBM en de tunnel. Dit is voor elk segment op 1 plaats gemeten met een nauwkeurigheid van 2 mm, dus tussen -1 en +1 mm; Verticale verplaatsing van de ring. Door middel van een laser is meerdere malen per ring gemeten wat de verticale verplaatsing is. De nauwkeurigheid is circa 3 tot 5 mm; Ovalisering van de ring. Ten gevolge van de heersende drukken rond de tunnel zal deze ovaliseren. De mate van ovalisatie is per ring op 4 momenten in de tijd (of 4 posities achter de TBM) gemeten. De nauwkeurigheid is 4 mm; Ringvoegopeningen en de verspringing tussen naast elkaar liggende segmenten. De verspringing tussen de segmenten groter dan 20 mm en voegopeningen groter dan 8 mm zijn gerapporteerd. De metingen geven een goed beeld van de vorm en de positie van tunnel achter de TBM. Echter, de nauwkeurigheid van deze metingen is niet groot genoeg voor de doelen van het onderzoek en zijn daarom niet gebruikt. De luchtmaatmetingen zijn wel bruikbaar om de positie van TBM t.o.v. de tunnel te bepalen. 4.2 Meetprogramma en het meetveld In aanvulling op de metingen die door de aannemer zijn uitgevoerd, heeft de commissie besloten zelf een aantal aanvullende metingen te doen om de liggerwerking achter de TBM te onderzoeken, zie paragrafen t/m Voor de uitvoering van de verschillende metingen is eerst voor elk type meting een meetplan opgesteld. Hierin is beschreven aan welke eisen de meetinstrumenten moeten 25

27 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase voldoen, er is een keuze uit de leveranciers gemaakt en een beschrijving gegeven op welke manier de meetinstrumenten moeten worden geplaatst. De resultaten van de metingen zijn gebruikt bij het toetsen van de modellen in de evaluatiefase Deformatiemetingen Er zijn vier soorten deformatiemetingen uitgevoerd: absolute verplaatsingmetingen van de tunnel door middel van een Total station (paragraaf 4.3). Deze metingen geven in drie richtingen (x, y, z) de verplaatsingen van de tunnelsegmenten op discrete momenten in de tijd, oftewel op verschillende afstanden van de TBM. Met de resultaten van deze metingen kan zowel de verticale verplaatsing als de ovalisatie van de tunnel worden beschouwd; verticale verplaatsingmetingen van de tunnel door middel van een waterpassysteem (paragraaf 4.4). Deze meting vindt continu plaats zodat ook kleine of periodieke verplaatsingsverschillen in de tijd zichtbaar worden; hellingmetingen van de tunnel achter de TBM door middel van een EL-tiltmeter (paragraaf 4.5). Met deze metingen is continu van 4 segmenten achter de TBM de rotatie bepaald; meting van maaivelddeformaties door middel van zakbaken en een Total Robotic Station (paragraaf 4.9) Drukmetingen De opstelling van drukmetingen bestaat uit: groutdrukopnemers aan de buitenzijde van de tunnelwand; waterspanningsmeters in de grond rondom het tracé. De radiale belastingen op de tunnel die optreden direct achter de TBM zijn gemeten door middel van groutdrukopnemers. De waterspanningsmetingen dienen om de invloed van de boorfrontdrukken en de groutdrukken op de waterspanning in de omgeving te bestuderen Rekmetingen De rekmetingen bestaan uit: rekmetingen in de segmenten in axiale richting; rekmetingen in de segmenten in tangentiële richting. De rek in het beton kan worden omgerekend naar spanning. Uit de spanningen aan de binnen- en buitenzijde van een segment kunnen de normaalkracht en het buigend moment in het segment worden berekend. 26

28 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Meetveld Ten behoeve van de metingen is een meetveld ingericht. De meetinstrumenten zijn zoveel mogelijk op hetzelfde tunneldeel aangebracht om de meetresultaten met elkaar te kunnen vergelijken. De ringen 2117 en 2118 zijn uitgerust met flesjeswaterpasmeters, prismastickers t.b.v. de total station meting en tevens tiltmeters. De groutdrukopnemers zijn geplaatst in de ringen 2117 t/m De waterspanningsmeters zijn geplaatst naast ring 2117 en boven ring 2117, 2118 en De zakbaken voor de maaivelddeformatiemetingen zijn geplaatst in een raai dwars op ring Figuur 11 geeft een (niet volledig) overzicht van de posities van de zakbaken, waterspanningsmeters en rekopnemers. Figuur 11. Positie meetinstrumenten COB-meetveld 27

29 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 4.3 Absolute verplaatsingmetingen segmenten Om de absolute posities en de veranderingen daarin tijdens het boorproces te bepalen van de segmenten van de twee meetringen is gebruik gemaakt van een Total stationmeting [5]. Met een Total stationmeting zijn de coördinaten van meetpunten gemeten ten opzichte van een referentiepunt. In het geval van de metingen in de Boortunnel Groene Hart zijn twee tunnelringen (ring 2117 en 2118) voorzien van reflecterende prismastickers op de hoeken van elk segment waarvan de posities (x, y, z) zijn bepaald, zie Figuur 12. Voor het geval dat de hoeken niet zichtbaar zijn ten gevolge van de back-fill en de volgwagens, zijn er extra prismastickers in het midden van de segmenten aangebracht. De stickers garanderen dat bij iedere herhalingsmeting exact hetzelfde punt wordt gemeten. Tevens zijn op vijf tunnelringen op circa 100 m afstand van de meetringen prismastickers aangebracht die dienen als referentiepunten. De metingen zijn uitgevoerd met een volledig automatische tachymeter. Figuur 12. Ingebouwd segment uitgerust met prismastickers op de hoeken De coördinaten van de segmenthoeken zijn vijf keer ingemeten op verschillende afstanden achter de TBM. In Figuur 13 zijn de vijf metingen en de posities van de meetringen ten opzichte van de TBM aangegeven. 28

30 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Figuur 13. Meetposities Total station bij voortgaande TBM 4.4 Flesjeswaterpasmetingen Om een continumeting te doen van de verticale verplaatsing van de tunnel ten opzichte van een referentiepunt is gebruik gemaakt van een liquid levelling systeem, oftewel een flesjeswaterpassysteem [5]. Het waterpassysteem maakt gebruik van de wet van de communicerende vaten, zie Figuur 14. Als punt R1 in het volledig gesloten systeem (differentieel drukopnemer) over een afstand h omlaag verplaatst ten opzichte van punt R0, zal de druk in de vloeistof in de communicerende vaten hoger worden. De druk wordt gemeten door middel van drukopnemers en kan eenvoudig worden omgerekend naar een hoogteverschil. In de planfase is een keuze gemaakt tussen twee systemen: het half open systeem van de firma Interfels en het gesloten systeem van TNO. Om redenen van beschikbaarheid, robuustheid, flexibiliteit en kosten is voor het gesloten systeem gekozen. Echter, omdat het systeem niet eerder in een tunnelomgeving was toegepast, is het eerst getest onder laboratoriumomstandigheden om te kijken of de apparatuur geschikt is voor het gebruik in tunnels. Figuur 14. Schema flesjeswaterpas met drukopnemers en luchtleidingen 29

31 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase Door het rechtstreeks opslaan van de meetdata op een datalogger is de verticale verplaatsing van de tunnel onbemand en continu gemonitord. In de tunnel zijn ter hoogte van de tunnelas twee systemen toegepast: één aan de rechterzijde en één aan de linkerzijde van de tunnel met elk 3 drukopnemers (R0, R1 en R2) zoals getekend in Figuur 14. In Figuur 15 is een foto van een gemonteerde drukopnemer (L2) te zien. Figuur 15. Waterpasopnemer L2, gezien in de boorrichting, gemonteerd op meetring Tiltmetingen Om de verandering van de langshelling van de tunnelbuis continu te meten, zijn op twee segmenten, aan weerszijden van de tunnel tiltmeters geplaatst [5]. De gebruikte meetinstrumenten zijn zogenaamde EL tiltmeters. Deze kunnen zeer nauwkeurig de helling meten uitgezet tegen de tijd. De nauwkeurigheid bij een bereik van 3 is 0,02 mm/m1 (0,012 ). De tiltmeters zijn op zowel ring 2117 als ring 2118 aangebracht exact midden op het segment halverwege de tunnel, zie Figuur 16. De tiltmeters registeren een spanning in mvolt die omgerekend wordt naar een verdraaiing ten opzichte van de nulmeting. Figuur 16. Positie van de tiltmeters in de tunnelringen 2117 en

32 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart 4.6 Rekmetingen tunnelringen Om de krachtswerking in de segmenten te onderzoeken zijn metingen van de rekken in de segmenten gedaan [6]. Ringen 2117 en 2118 zijn uitgerust met snaarrekopnemers. Deze instrumenten meten door middel van veranderingen in eigenfrequentie van een snaar de rek op de betreffende locatie, zie Figuur 17. Deze meetmethode is ook toegepast bij onderzoek bij de Botlekspoortunnel en de Tweede Heinenoordtunnel. De snaarrekopnemers zijn aan zowel de binnen- als buitenzijde van de segmenten in axiale en tangentiele richting bevestigd, dus vier opnemers per segment in alle segmenten van de twee meetringen behalve de sluitstenen, zie Figuur 18. Figuur 17. Snaarrekopnemers in het wapeningsnet Figuur 18. Uitgeklapte ring 2117 en 2118 met locaties van de rekopnemers (+) en tevens de posities van de groutdrukopnemers (o) Na het storten en uitharden van de meetsegmenten zijn in de betonfabriek in Amay (België) nulmetingen uitgevoerd. Hierbij zijn alle rekopnemers in onbelaste toestand aangesloten op het data-acquisitiesysteem. Hieruit bleek dat één sensor niet meer functioneerde. Bij aankomst van de segmenten in Leiderdorp is een herhalingsmeting uitgevoerd op drie segmenten om vast te stellen hoe sterk de krimp van het beton is gedurende tussenliggende periode. Gemiddeld bleek de krimp -22 microrek (10-6m/m) te zijn. In de presentatie van de uiteindelijke meetresultaten van de rek in de tunnel is hiermee rekening gehouden door een correctie aan te brengen op de gemeten resultaten. 31

33 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase 4.7 Groutdrukmetingen De groutdrukken zijn gemeten om de uitwendige belasting op de tunnel te onderzoeken en de mechanismen die bij het grouten van de staartspleet een rol spelen (stroming van het grout, consolidatie van het grout) [7] Meetmethoden en instrumentatie De groutdrukken zijn gemeten met behulp van groutdrukopnemers, zie Figuur 20. De groutdrukopnemers zijn relatief kleine opnemers die verdiept in een huisje in de ring zijn aangebracht. De open ruimte in het huisje is gevuld met vet. Bij twee tunnelringen (2117 en 2118) zijn alle segmenten (10 stuks) uitgerust met groutdrukopnemers, zie Figuur 18. Ringen 2119, 2120 en 2121 zijn uitgerust met vier groutdrukopnemers. Figuur 19. Ring 2117 met de hierop toegepaste groutdrukopnemers (Gr2117s..), de waterdrukopnemers naast en boven deze ring (W...), de tiltmeters (TR2117..), waterpasmeter (LR...) 32

34 Praktijkonderzoek Boortunnel Groene Hart Figuur 20. Ingebouwde groutdrukopnemer IJking groutdrukopnemers De groutdrukopnemers waren vooraf aan de metingen geijkt, maar voor wat hogere drukken dan die optreden tijdens de metingen. In een testopstelling is grout aangebracht [13]. Het grout is met luchtdruk belast tot een zekere druk en de respons van de opnemers is vergeleken met de opgelegde druk. Figuur 21. Meetopstelling ijking groutdrukopnemers Uit de metingen blijkt dat de groutdrukopnemers alleen betrouwbaar de totaaldruk geven tijdens de consolidatie van het grout. Zolang het grout nog vloeibaar is heersen er geen korrelspanningen in het grout met als gevolg dat de waterspanning, de totaalspanning en ook de groutdrukmeter dezelfde waarden aangeven. In de ijkingsproef was het grout na 1,2 uur geconsolideerd. Daarna wordt de meting onbetrouwbaar. In het laboratorium 33

35 Liggerwerking van boortunnels in de bouwfase is het grout continue belast, met een effectieve spanning die vergelijkbaar is met de maximale effectieve spanning tijdens het boren. Daarom verliep het consolidatieproces in het laboratorium sneller dan in het veld. Op basis van de registraties van de veldmetingen lijkt het enkele uren te duren voordat het grout geconsolideerd is en de metingen dus voor enkele uren betrouwbaar kunnen worden geacht. In de evaluaties van de meetresultaten is daarom vooral gekeken naar de eerste meters achter de TBM. 4.8 Waterspanningsmetingen Om de relatie te onderzoeken tussen de optredende waterdrukken en groutdrukken zijn ook de waterspanningen tijdens het passeren van de TBM van het meetveld gemeten [4]. Rondom de TBM zijn in feite twee drukverhogende invloeden aanwezig: aan de voorzijde van de TBM is de waterdruk afhankelijk van de slurrydruk, de voortgangssnelheid van de TBM en de rotatiesnelheid van het graafwiel. Aan de achterzijde wordt de waterdruk beïnvloed door enerzijds de initieel aangehouden druk waarmee het grout in de staartspleet wordt gepompt en anderzijds de drainagetijd van het grout. Voor de metingen zijn zogenaamde Piezoresistive (PR) pressure transducers gebruikt. Het onderzoek is gericht op de drukken op de tunnelbuis, dus achter de TBM, zodat de eisen voor de instrumenten hierop zijn afgestemd. Zoals voorgeschreven in het meetplan[4] zijn negen instrumenten in de grond geplaatst: ter hoogte van de tunnelas: aan weerszijden twee instrumenten op relatief korte afstand (Figuur 22) en een referentiemeetpunt op circa 100 m van de buitenzijde van de TBM. 1 m boven de tunnel zijn drie opnemers achter elkaar geplaatst met 2 m tussenafstand, zie Figuur 23. Figuur 22. Dwarsdoorsnede bodemprofiel en tunnel. De geplande posities van de waterspanningsmeters zijn aangegeven met Ø, zie ook Figuur 19 34