Tweede orde evaluatie boortechnologie 2 e passage Meetveld Zuid

Transcriptie

1 Tweede orde evaluatie boortechnologie 2 e passage Meetveld Zuid BOORFRONT DRUK [kpa]

2

3 Titel en subtitel: Evaluatie boortechnologie tweede passage Meetveld Zuid Datum rapport: mei 1998 Schrijver(s): ir. H.J. Lengkeek ir. B.F.J. van Dijk Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: x/3 Projectleider(s) opdrachtnemer: ir. E.A.H. Teunissen Projectbegeleider opdrachtnemer: ir. M.Th.J.H. Smits Naam en adres opdrachtnemer: TEC Postbus AS Veenendaal COB/K100-document nummer: K100-W-081 Projectbegeleider opdrachtgever: drs. W. van Schelt Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: Dit rapport evalueert de metingen aan de tunnelboormachine (TBM) bij het boren van de Tweede Heinenoordtunnel. Dit derde rapport in een serie van vier en omvat de tweede passage van het meetveld aan de Zuidoever van de Oude Maas. Relationele rapporten: K100-W-57, K100-W-58, K100-W-69, K100-W-70, K100-W-80 Trefwoorden: tunnel, boortechniek, slurryschild Verspreiding: COB-commissie K100 Classificatie: COB-rapport Classificatie deze pagina: Nee Aantal blz: 48 Prijs: Versie Datum Namens Paraaf Namens opdrachtgever Paraaf opdrachtnemer concept1 29/5/98 ir. E.A.H. Teunissen drs. W. van Schelt definitief 18/6/98 ir. E.A.H. Teunissen drs. W. van Schelt

4 Title and sub-title: Evaluation Shield Tunnelling Technology Second Measurement Soutch Section Date report: May 1998 Author(s): ir. H.J. Lengkeek ir. B.F.J. van Dijk Type report: Work document Report number contractor: x/3 Project manager(s) contractor: ir. E.A.H. Teunissen Project attendant contractor: ir. M.Th.J.H. Smits Name and address contractor: TEC P.O.Box AS Veenendaal The Netherlands COB/K100-report number: K100-W-081 Project attendant principal: drs. W. van Schelt Name and address principal: Centrum Ondergronds Bouwen P.O. Box AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary of report: This report evaluates the data collected from the Tunnel Boring Machine (TBM), while boring the Tweede Heinenoordtunnel. This third report in a series of four evaluates the data collected during the second crossing of the South Measurement Section. Relational reports: K100-W-57, K100-W-58, K100-W-69, K100-W-70, K100-W-80 Keywords: tunnel, tunnelling, mix shield Distribution: COB-committee K100 Classification: COB-report Classification this page: No Number of pages: 48 Price: Version Date On behalf of Initials On behalf of principal Initials contractor concept1 29/5/98 ir. E.A.H. Teunissen drs. W. van Schelt definitive 18/6/98 ir. E.A.H. Teunissen drs. W. van Schelt

5 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 CUR/COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave 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. " Rapport K100-W-080, Presentatie TBM Metingen, Tweede Passage Meetveld Zuid, april 1998, CUR/COB, Gouda." Aansprakelijkheid CUR/COB en degenen die aan deze publikatie 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 onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en CUR/COB sluit, mede ten behoeve van al diegenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, 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 CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.

6 De samenstelling van de commissie die dit rapport heeft voorbereid, was: ir. K.J. Bakker, voorzitter drs. W. van Schelt, secretaris ir. P.H.J. Ackermans dr.ir. P. van den Berg ir. J.P.M. Bol ir. H.A. Greve ing. H.J. Hagen ir. N.D. Joustra ing. H. De Kruijff ing. A. van de Meent ir. S. den Ouden ir. H.C. Peerdeman ing. A.A. Proper ir. S.F. de Ronde ir. L.E.B. Saathof ir. E.A.H. Teunissen ing. R.W.P. Uitermarkt ir. A.C. Versluis ir. H.J. Vos prof.dr.ir. J.F. Agema, mentor CUR ing. M. Sanders, coördinator COB De kwaliteitsgroep bstond uit het Supercluster Boortechnologie van K100 en de Werkgroep Monitoring van BTL: ir. F.W.J. van Vliet, voorzitter ir. H.C. Hendrikx-Lieffering, secretaris ir. R.W.G. Heijmans ir. A.G.M. Knibbeler ir. M.W.P. van Lange ir. C.A. Messemaecker van de Graaff ir. M.P. Quaak ir. P.A.A. Roelands ir. L.E.B. Saathof drs. W. van Schelt ir. E.A.H. Teunissen ir. R.W.P. Uitermarkt ir. G.M. Wolsink Samenstelling van het Projectbureau Boortunnels: ir. P.S. Jovanovic ir. A.J.M. Kösters ir. C.A. Messemaecker van de Graaff ir. J.W. Plekkenpol drs. W. van Schelt ir. R. Stuurman

7 VOORWOORD Kennis en ervaring op het gebied van ondergronds bouwen in zachte grond is belangrijk als Nederland de actualiteit wil volgen en de (inter)nationale positie van de Nederlandse ontwerpers en bouwers wil handhaven. Door een breed forum van partijen uit bedrijfsleven, overheid en kennisinstituten is in 1994 het Impulsprogramma Kennisinfrastructuur Ondergronds Bouwen opgesteld. Het doel van dit Impulsprogramma is te komen tot een duurzame versterking van de kennisinfrastructuur. De kern van deze kennisinfrastructuur vormt het Centrum Ondergronds Bouwen (COB), dat onderzoek en ontwikkelingen op het gebied van ondergronds bouwen initieert en coördineert. COB maakt gebruik van de werkwijze en infrastructuur van het Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR) te Gouda. De activiteiten van het COB worden uitgevoerd onder de noemer CUR/COB. Een leerstoel "Ondergronds Bouwen" aan de TU Delft is nauw gelieerd aan het COB. In CUR/COB participeert een breed scala aan bedrijven, branche-organisaties, onderzoeksinstellingen, wetenschappelijke instituten en overheden. Via een bijdrage van de Interdepartementale Commissie voor het Economisch Structuurbeleid (ICES) in het Impulsprogramma stimuleert de overheid de totstandkoming van deze kennisinfrastructuur. Het onderzoek en ontwikkelingswerk van CUR/COB worden verricht in het kader van een omvattend uitvoeringsprogramma. Dit uitvoeringsprogramma kent in eerste instantie vier thema's, te weten "Boren in zachte grond", "Verkennen, voorspellen en monitoren", "Economische tunnelbouw" en "Construeren, beheren en onderhouden". De thema's worden ingevuld met uit te voeren onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten. Voorliggend werkdocument "Evaluatie boortechnologie, tweede passage Meetveld Zuid" is onder verantwoordelijkheid van de commissie K100 Praktijkonderzoek Boortunnels tot stand gekomen.

8

9 INHOUDSOPGAVE 1 Inleiding Kader Opzet van dit rapport Drukmeting mengkamer Algemeen Correctie drukopnemers snijrad Nauwkeurigheid drukopnemers snijrad Correctie vaste drukopnemers Nauwkeurigheid vaste drukopnemers Conclusies drukmeting mengkamer Dichtheidsbepaling slurry boorfront Drukverdeling over hoogte boorfront Methoden dichtheidsbepaling en steundrukbepaling Methode min-max Methode sd Methode curve-fit Methode dp/dz Evaluatie Conclusies dichtheidsbepaling en steundrukbepaling Invloed overcutter op krachtenevenwicht Inleiding Metingen en evaluatie Conclusies invloed overcutter op krachtenevenwicht Evaluatie ring Inleiding Grondspanning en frontdruk Stabiliteit boorfront Drukverdeling mengkamer Axiale krachtenbalans Tangentiele krachtenbalans Conclusies boorfrontstabiliteit ring Effectiviteit boorproces Slijtage snijelementen Effectiviteit Pompen en leidingen Algemeen Conclusies pompen en leidingen Evaluatie volledig meetveld zuid Algemeen beeld Beschouwing selectie grafieken Conclusies en aanbevelingen Conclusies specifiek onderzoek Conclusies evaluatie ring Conclusies algemeen beeld Meetveld Zuid...1

10 INHOUDSOPGAVE BIJLAGEN De bijlagen staan in het bijlagen rapport K100-W-081. Bijlage 1 Metingen ring 49 Bijlage 2 Drukken boorfront Bijlage 3 Krachtsbalans ring 49 Bijlage 4 Evaluatie pompen en leidingen Bijlage 5 Analyse meetdata Bijlage 6 Gemiddelden metingen Meetveld Bijlage 7 Afbeeldingen TBM Bijlage 8 Procesgegevens

11 SAMENVATTING Het boren van grote diameter tunnels ten behoeve van weg- of railverkeer is in Nederland nog niet eerder uitgevoerd. Wel is elders in de wereld een groot aantal van dergelijke tunnels gebouwd, maar niet of nauwelijks in bodemomstandigheden zoals deze in West-Nederland worden aangetroffen, namelijk relatief slappe grond met een hooggelegen grondwaterstand. Vanuit een algemene onderzoeksbehoefte is door CUR/COB commissie K100 een aantal concrete onderzoeksdoelen geformuleerd, waar de metingen en experimenten bij twee praktijkprojecten (de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel) een antwoord op beogen te geven. In grote lijnen staan de volgende onderzoeksonderwerpen centraal: Boortechnologie Tunnelconstructie Geotechniek Trillingen In dit rapport zullen meetresultaten en predicties met betrekking tot het onderzoeksonderwerp 'Boortechnologie' met elkaar worden vergeleken. Het doel van de evaluatie is: Door middel van een evaluatie antwoord verkrijgen op de onderzoeksvragen/ -doelen in het Instrumentatie- en Meetplan (rapport K100-01); Door middel van een evaluatie beoordelen van modellen voor ontwerp- en wetenschapsdoeleinden; Door middel van een evaluatie beoordelen van de functionaliteit van het meetinstrumentarium. Het evaluatieproces is opgedeeld in drie niveaus: 1ste orde: totale evaluatie t.b.v. het evaluatie rapport; 2de orde: tussen evaluatie t.b.v. een goede afstelling en eventueel bijstelling van het instrumentarium; 3de orde: snelle evaluatie t.b.v. noodprocedures. Onderhavige rapportage heeft betrekking op de 2de orde evaluatie voor de eerste passage van Meetveld Zuid van de Tweede Heinenoordtunnel. Binnen de hoofdgroep 'Boortechnologie' zijn twee evaluatie-clusters te definiëren: Stabiliteit boorfront Effectiviteit boorproces

12 In deze evaluaties zijn naast de standaard predicties additionele analyses uitgevoerd. De analyses zijn uitgevoerd omdat: ijkmetingen zijn uitgevoerd; tijdens de tweede passage van Meetveld Zuid gebruik gemaakt is van de overcutter. Veel aandacht is besteed aan het derde onderzoeksonderwerp functionaliteit van het meetinstrumentarium". De steundruk en dichtheid aan het boorfront is op een viertal ontwikkelde methoden onderzocht. Op basis van deze resultaten samen met de ijkmetingen is de nauwkeurigheid en de offset van de drukopnemers bepaald. De offset is gemiddeld 15%. De nauwkeurigheid van de drukopnemers aan het snijrad is circa 2 kpa. De nauwkeurigheid van de drukopnemers op het duikschot is circa 4 kpa. De nauwkeurigheid van de drukopnemers op het drukschot is circa 8 kpa. De resultaten van de methoden voor dichtheidsbepaling en steundrukbepaling komen redelijk goed overeen. Uit de analyses is tevens gebleken dat de druk over het boorfront lineair verloopt. Aan de achterkant van het snijrad worden echter veel locale drukvariaties gemeten. Het gebruik van de overcutter leidt tot een aanzienlijke reductie van de wrijvingskracht, circa 80%. Hierdoor neemt de totale hoofdvijzelkracht circa met 40% af. De krachten op het snijrad worden niet beïnvloed. Het gebruik van de overcutter leidt tot een grotere ontgravingsdiameter. Hierdoor neemt de horizontale excentriciteit van de resulterende hoofdvijzelkracht significant af. De horizontale excentriciteit is nodig om de bocht in het tracé te volgen. De verticale excentriciteit wordt niet beïnvloed, deze is alleen afhankelijk van de diepte. Het effect van de het gebruik van de overcutter op de deformaties in de grond en de krachtswerking in de tunnellining zijn niet nader uitgewerkt.

13 SUMMARY Up till now tunnelling with large diameters for road or rail transportation has never been done in the Netherlands. Elsewhere in the world a large number of such type of tunnels have been constructed, but very seldom in soil conditions like those that can be found in the Western part of the Netherlands. The soil in the Western part of the Netherlands is relatively soft and contains a high ground water level. For research purposes CUR/COB committee K100 has formulated a number of research topics. For these research purposes in situ measurements and experiments will be carried out during the construction of two tunnels (the 'Tweede Heinenoortunnel' and the 'Botlekspoortunnel'). The research consists of the following topics: tunnelling technology tunnel construction geotechnology In this report results of measurements will be compared with the predictions regarding the research topic tunnelling technology. The purposes of the evaluation are: to get an answer on the research questions in the report 'Instrumentatie- en Meetplan' (report K100-01); to evaluate models for design and scientific purposes; to evaluate the instrumentation for their specific use. The evaluation proces is devided into three levels: first order evaluation: total evaluation for the final evaluation report; second order evaluation: in between evaluation for an in between check and if necessarily to adjust the measurement instrumentarium; third order evaluation: quick evaluation for emergency procedures. This report contains the second order evaluation for the second passage of the Southern Measurement area of the second Heinenoordtunnel. Within the research topic Tunnelling technology the following clusters were defined: Stability of the drilling front; Effectivity of the drilling process.

14 Beside the standard predictions, additional analyses have been done, because: benchmarking of the pressure meters; using the overcutter. Much attention is paid to the third research topic. Four methods are developed to analyse the front pressure and density of the slurry at the front. Together with the benchmarking, the accuracy and the offset of the pressure meters are determined. The mean offset is about 15%. The accuracy of the pressure meters at the cutter arm is about 2 kpa. The accuracy of the pressure meters at the duikschot arm is about 4 kpa. The accuracy of the pressure meters at the drukschot is about 8 kpa. The results of the four methods map pretty good. The analyses pointed out that the pressure is linear with the height. More pressure variation is found at back of the cutter arm. Due to the use of the overcutter an incredible reduction of 80% of the shear force is reached. The total jack force is reduced with 40%. Their is no influence on the forces of the cutter wheel. Because of the overcutter, the diameter at the front is enlarged. As a result, the horizontal excentricity of the total jack force is significantly reduced. Normally a horizontal excentricity is needed to follow a specific trace. Their is no influence on the vertical excentricity of the total jack force. The vertical excentricity only depends of the depth. No research has been done on the effect of the use of the overcutter on de deformations in the ground en the forces in the tunnel lining.

15 1 Inleiding 1.1 Kader Bij de Tweede Heinenoordtunnel (THT) is een uitgebreid onderzoekprogramma opgesteld door het Centrum Ondergronds Bouwen (COB). Boortechnologie is één van de deelonderzoeken. In dit evaluatierapport (K100-W-081) worden de data, gemeten bij de tweede passage van Meetveld Zuid, met betrekking tot boortechnologie geëvalueerd. Betreffend evaluatierapport en meetrapport "K100-W- 080" vormen samen de 2e orde evaluatie. De 3e orde evaluatie is tijdens de metingen uitgevoerd. De 1e orde evaluatie wordt uitgevoerd aansluitend op de metingen en de 2e orde evaluaties. 1.2 Opzet van dit rapport In tegenstelling tot de evaluatierapporten van de voorgaande evaluaties is in overleg met het Projectbureau Boortunnels in deze tweede orde evaluatie meer aandacht aan enkele specifieke onderzoeken. De specifieke onderzoeken zijn: nauwkeurigheid van de drukmetingen; dichtheid van de slurry aan het boorfront; invloed van de het gebruik van een overcutter op krachtenevenwicht. De waterspanningen en de slijtage van de snijelementen zijn niet gemeten en derhalve ook niet opgenomen in deze evaluatie. In hoofdstuk 1.1 is aangegeven binnen welk kader de evaluatie is uitgevoerd. In dit hoofdstuk is de opzet van het evaluatierapport weergegeven. Voor de tweede passage van Meetveld Zuid zijn drie specifieke onderzoeken opgenomen. De specifieke onderzoeken zijn uitgevoerd naar aanleiding van extra metingen, voortschrijdend inzicht en variaties met betrekking tot de uitvoering. In hoofdstuk 2 zijn de drukmetingen in de mengkamer geëvalueerd. In hoofdstuk 3 zijn een aantal dichtheidsbepalingen van de slurry onderzocht. In hoofdstuk 4 is de invloed van het gebruik van de overcutter op het krachtenevenwicht behandeld. Naast de specifieke onderzoeken zijn tevens compacte evaluaties uitgevoerd. In hoofdstuk 5 wordt ring 49 geëvalueerd en in hoofdstuk 6 worden de gemiddelden over het meetveld geëvalueerd. In hoofdstuk 7 zijn de conclusies opgenomen waarvan de belangrijkste tevens zijn opgenomen in de samenvatting voor in het rapport. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 15-48

16 Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 16-48

17 2 Drukmeting mengkamer 2.1 Algemeen In dit hoofdstuk worden de drukmetingen onderzocht naar aanleiding van de ijkmeting. De offset en de nauwkeurigheid van de drukopnemers is bepaald. 2.2 Correctie drukopnemers snijrad Door het WL is op 19 maart 1998 op as-hoogte TBM (stand snijrad 90 graden) een ijkmeting van de drukopnemers uitgevoerd. De druk is gemeten met behulp van een geijkte drukopnemer in de bentonietleiding door de as van het snijrad. De gemiddelde druk bedroeg 2,782 bar (278,2 kpa). In onderstaande tabel 2.1 zijn de resultaten overgenomen van de ijkmeting. Op 7 april is nog een geslaagde meting uitgevoerd. Met behulp van de ijkmetingen is de offset en het tijdsafhankelijk gedrag bekend. Op basis van de controle van drukopnemer P01 is geconstateerd dat het tijdsafhankelijk gedrag over het meetinterval nul is en de offset gelijk gebleven is. De resultaten zijn alleen geldig binnen het meetinterval. Meer ijkingen zijn nodig om de resultaten te extrapoleren naar de meetdata van de eerste tunnelbuis. Aanbevolen wordt om in de eerste orde evaluatie, voor zover mogelijk, alle meetdata middels ijkmetingen te corrigeren. Tabel 2.1: Resultaat ijkmeting drukopnemers snijrad. Kolom Gemiddelde Verschil (offset) IJking = 278,2 kpa P01 320, ,07 P02 319, ,28 P03 321, ,76 P04 293, ,20 P05 311, ,60 P06 0, ,24 P07 302, ,65 P08 290, ,24 De offset is circa 10%, alleen drukopnemer P06 wijkt sterk af. Deze drukopnemer is defect. De offset is verwerkt in de ORIGIN.OPJ files van de tweede passage van meetveld zuid. In onderstaande figuur 2.1 zijn de resultaten van de gemiddelde drukken over het meetveld weergeven. De gemiddelden zijn bepaald tijdens het boren. De lijnen volgen dezelfde trend en het onderling verschil is klein. Over het gehele meetveld is de onderlinge afwijking van de gemiddelden van de drukopnemers maximaal circa 2 kpa. Geconcludeerd kan worden dat de drukverdeling voor en achter het snijrad overeen komt. In hoofdstuk 3 is gedetailleerd onderzoek verricht om verdere conclusies te trekken over de exacte verdeling van de boorfrontdrukken. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 17-48

18 2e orde evaluatie boortechnologie meetveld zuid tweede passage WL drukken op as-hoogte snijrad [kpa] 3,10E+02 3,05E+02 3,00E+02 Meting 2,95E+02 2,90E+02 2,85E+02 2,80E+02 2,75E Ring P01c P02c P03c P04c P05c P07c P08c Figuur 2.1: Gemiddelde druk aan boorfront (P01 tot en met p08). 2.3 Nauwkeurigheid drukopnemers snijrad De nauwkeurigheid van de drukopnemers is afhankelijk van onderstaande aspecten. Vanwege de overzichtelijkheid en eenduidigheid is hierbij een aantal aannamen gedaan. Voor de dichtheid is een gradiënt van 12,5 kpa aangenomen. De afstand van de drukopnemers op de snijradarm is gelijk gesteld, hiervoor is 3 m aangenomen. De gemiddelde steundruk is vastgesteld op 300 kpa. De meetfrequentie is één maal per seconde. De specifieke aannamen zijn per aspect weergegeven. IJkmeter De ijkmeter is voorafgaand aan de ijkmeting nauwkeurig geijkt. De fout wordt verondersteld zeer klein te zijn. Voor de fout van de ijkmeter is 0,01 kpa aangenomen. Drukopnemers De resolutie van de WL drukopnemers op het snijrad is circa 0,02 kpa. De resolutie van de vaste WL drukopnemers is 0,02 kpa en van de vaste HK drukopnemers is 1,0 kpa. Deze waarden moeten overeenstemmen met de vereiste nauwkeurigheid in de specificaties opgenomen in K100-N-010, K100-W-003, K100-W-005 en K100-W-046. De gestelde eis is 1 kpa. De totale fout als gevolg van resolutie van de drukopnemers op de snijradarm is 0,03 kpa. Stand snijrad Tijdens de ijkmeting wordt de stand van het snijrad met de drukopnemers horizontaal verondersteld. Of de betreffende snijradarm exact horizontaal stond is niet bekend omdat de meetdata met de stand van het snijrad ontbreekt. De stand wordt bepaald door de plaatsingsnauwkeurigheid en de uitvoeringsnauwkeurigheid. Het snijrad wordt gepositioneerd met behulp van tanden. Elke tand komt overeen met circa 1 graad. Ook de nauwkeurigheid van de plaatsing wordt geschat op circa 1 graad. Verrollingen TBM Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 18-48

19 De verrollingen van de TBM om de drie assen kan tevens een afwijking in de ijkmeting veroorzaken. Voor de nauwkeurigheid van de ijkmeting is vooral de verrolling om de axiale as van belang. Deze verrolling is over het algemeen kleiner dan 1 graad. De exacte verrolling moet uit de VMT-gegevens van de aannemer blijken. De totale fout door stand snijrad en de TBM is circa 3 graden. Bij een gemiddelde armafstand en drukgradiënt is de fout 2,0 kpa. Exacte positie drukopnemers De posities van de meeste drukopnemers zijn bekend, de plaatsingsnauwkeurigheid wordt aangenomen op circa 1 cm. Het betreft hier alle WL-drukopnemers. De positie van de van de HK drukopnemers is niet exact bekend. De plaatsingsnauwkeurigheid is circa 5 cm. De totale fout door plaatsingsonnauwkeurigheid is voor de WL drukopnemers bij een gemiddelde drukgradiënt circa 0,1 kpa en voor de HK drukopnemers 0,6 kpa. Resumé nauwkeurigheid ijkmeting Met behulp van de ijkmeting is de absolute druk en de nauwkeurigheid van de drukopnemers van het snijrad bekend. Wanneer de dichtheid van de boorspoeling voor het duikschot bekend is kunnen ook de vaste HK en WL drukopnemers op het duikschot bepaald worden. Omdat de dichtheid van het bentoniet voor en achter het duikschot tijdens de ijkmeting niet gemeten is, zijn de absolute waarde van de HK en WL drukopnemer in de werkkamer niet bekend. Geadviseerd wordt om ook ijkmetingen in de luchtkamer te verrichten. De totale fout van de WL drukopnemers op het snijrad is circa 2 kpa. De totale fout van de vaste drukopnemers is tenminste gelijk aan die van de drukopnemers op het snijrad. Daarnaast is de fout vooral afhankelijk van nauwkeurigheid van de dichtheidsbepaling. Experiment Aanbevolen wordt om tijdens een volgende ijkmeting het snijrad over één omwenteling langzaam rond te draaien. Hiermee kan het grootste aandeel in de onnauwkeurigheid worden verholpen. Indien de radiale afstand van de drukopnemers overeenkomt met de radiale afstand van de drukopnemers op het snijrad kunnen ook deze worden geijkt. De dichtheid kan tevens worden bepaald maar die is niet direct van belang voor de bepaling van de ijkwaarde van de drukopnemers. 2.4 Correctie vaste drukopnemers De vaste drukopnemers kunnen indirect worden geijkt aan de hand van de gecorrigeerde drukopnemers op het snijrad en de resultaten van de dichtheidsbepaling in hoofdstuk 3.2. De steundruk en dichtheid zijn bepaald voor één omwenteling aan de hand van de methode max-min. De resultaten zijn opgenomen in de onderstaande tabel 2.2. Tabel 2.2: Resultaten indirecte ijking vaste WL drukopnemers. vaste drukopnemer meting druk (kpa) Hoogte t.o.v. as (mm) correcte druk (kpa) offset (kpa) P09 268, ,7 21,2 P10 3, ,2-267,5 P11 3, ,6-279,8 P12 1, ,8-298,7 P13 370, ,8 51,2 P14 345, ,8 26,7 P15 326, ,6 43,1 P16 300, Drukopnemer P10, P11 en P12 zijn defect. Van drukopnemer P16 zijn te weinig gegevens bekend. De Herrenknecht drukopnemer voor op het duikschot is wel indirect te ijken. De drukopnemer is gepositioneerd voor op het duikschot, geschatte hoogte circa +3,70 m t.o.v. as TBM. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 19-48

20 P16 en de Herrenknecht drukopnemer op het drukschot in de luchtkamer kunnen slechts indirect worden geijkt na het doen van een aantal aannamen. De benodigde informatie is: het bentonietniveau, de positie van de doorstroomopening en de dichtheid achter het boorfront. Van de onbekenden is alleen het bentonietniveau gemeten: 0,044 m t.o.v. as TBM. Het evenwicht aan weerszijde van het duikschot wordt gemaakt ter hoogte van de doorstroomopening. De hoogte van de doorstroomopening ten opzicht van de as TBM wordt geschat op 3,50 m t.o.v. de as van de TBM. De dichtheid van de slurry tussen het duikschot en het drukschot is onbekend. De waarde ligt tussen de dichtheid in de aanvoerleiding, de afvoerleiding en aan het boorfront in. In de berekening zijn de drie dichtheden doorgerekend. De drukopnemer van Herrenknecht in de werkamer en P10 worden op dezelfde manier berekend. De uitkomst is echter 100 kpa verschillend vanwege de absolute en relatieve drukmeting. Onderstaand zijn in tabel 2.3 de resultaten weergegeven van de globale ijking van P16, HKwk en HKmk. Opvallend is dat de offset van P16 en de HK drukopnemers van gelijke orde is. De drukopnemers geven gemiddeld een 18 kpa hogere druk weer. Geadviseerd wordt om ook aan de hand van de luchtdrukmetingen tijdens het omkeren in de Zuidschacht de offset te bepalen. Deze is wel gemeten maar niet geëvalueerd. Tabel 2.3: Globale ijking WL en HK drukopnemers. vaste drukopnemer Meting druk (kpa) Hoogte t.o.v. as (mm) correcte druk (kpa) Offset (kpa) Dichtheid (kpa/m) P ,6 P ,0 P ,4 HK werkkamer ,6 HK werkkamer ,0 HK werkkamer ,4 HK mengkamer ,4 2.5 Nauwkeurigheid vaste drukopnemers Er is een aantal vaste drukopnemers geplaatst, 7-WL drukopnemers en 1 HK drukopnemer op het duikschot in de mengkamer en 1 WL en 1 HK drukopnemer in de werkkamer (in het luchtkussen). In principe is de absolute waarde en de nauwkeurigheid van de drukopnemers in de werkkamer te bepalen. De bepaling is gebaseerd op de frontdruk en een bekende dichtheid voor en achter het duikschot. Er zijn echter geen dichtheidsmetingen geweest tijdens de ijkmetingen. De drukopnemers kunnen slechts indirect bepaald worden. De methode is bewerkelijk en de nauwkeurigheid is laag. De methode is gebaseerd op de dichtheid van de slurry voor en achter het boorfront, het bentonietniveau, de positie van de doorstroomopening en de frontdruk. Omdat de dichtheid achter het duikschot niet gemeten wordt moet een aanname worden gedaan. De dichtheid is ten minste gelijk aan de dichtheid van de aanvoerleiding en maximaal gelijk aan de dichtheid aan het boorfront. Waarschijnlijk komt de dichtheid het beste overeen met de dichtheid in de afvoerleiding maar zekerheid hierover bestaat er niet. De drukopnemers op het duikschot worden bepaald aan de hand de drukopnemers op het snijrad. Hiermee wordt de steundruk en dichtheid bepaald voor een bepaalde periode. Deze exercitie kan worden herhaald voor een aantal ringen om te controleren of de offset constant is. De uitkomsten van een deze omrekening zijn opgenomen in bovenstaande tabel 2.2 en 2.3. De nauwkeurigheid is afhankelijk van de positiebepaling, de ijkmeting en de dichtheid: De positienauwkeurigheid van de WL drukopnemers (+HKmk, - P16) is 1 a 5 cm, de fout is hiermee 0,1 a 0,6 kpa. De ijkmeting heeft betrekking op de absolute druk. De fout is 2,0 kpa. De nauwkeurigheid van de dichtheid is circa 0,5 kpa/m. Bij een gemiddelde hoogte t.o.v. de as van circa 3 m is de fout 1,5 kpa. De totale fout van de vaste drukopnemers is circa 4 kpa. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 20-48

21 De positiebepaling van de drukopnemer HKwk en P16 is niet van belang omdat het bentonietniveau maatgevend is. De fout in de meting van het bentonietniveau wordt geschat op 1 kpa. De nauwkeurigheid van de steundrukbepaling is circa 2,0 kpa. De onbekende dichtheid achter het duikschot geeft een variatie van circa 3 kpa. De exacte positie van het evenwichtspunt geeft een variatie die kleiner dan 1 kpa is. Voor de atmosferische druk is 100 kpa aangenomen. Indien de werkelijke druk afwijkt geeft dit een zelfde afwijking in de offset. De geschatte fout is circa 1kPa. De totale fout is circa 8 kpa. 2.6 Conclusies drukmeting mengkamer Aan de hand van twee geslaagde ijkmetingen is de absolute druk en de offset van de drukopnemers op het snijrad (P01 tot en met P08) bepaald. De offset is circa 5% tot 15%. Drukopnemer P06 functioneert niet. De drukopnemers zijn gecorrigeerd opgenomen in de ORIGIN.OPJ files. De fout van de drukopnemers op het snijrad is circa 2 kpa. De grootste bijdrage aan de fout wordt veroorzaakt door de niet gemeten stand van het snijrad. Uit de grafieken met de gemiddelde druk per ring blijkt dat de drukken voor en achter het snijrad gelijk zijn. De onderlinge verschillen zijn circa 2 kpa. De verschillen worden veroorzaakt door locale verstoringen en kleine meetfouten. De vaste drukopnemers op het duikschot (aan het boorfront) en op het drukschot (in de luchtkamer) kunnen indirect worden geijkt. Voor de drukopnemers in de luchtkamer moeten bovendien een aantal aannamen worden gedaan. De nauwkeurigheid is hierdoor lager. De drukopnemers op het duikschot (P09 tot en met P015 en HKmk) hebben een offset van 10% tot 20%. De drukopnemers P10, P11 en P12 functioneren niet. Omdat geen dichtheidsmetingen gedaan zijn aan het boorfront zijn de vaste drukopnemers niet gecorrigeerd in de ORIGIN.OPJ files. De fout is afhankelijk van de nauwkeurigheid van drukopnemers op het snijrad en van de dichtheidsbepaling. De totale fout van de vaste drukopnemers op het duikschot is circa 4 kpa. De drukopnemers op het drukschot hebben een offset van circa 10%. Omdat geen dichtheidsmetingen gedaan zijn aan het boorfront en achter het duikschot zijn de vaste drukopnemers niet gecorrigeerd in de ORIGIN.OPJ files. De drukopnemers op het drukschot (P016 en HKwk) zijn indirect geijkt onder aanname van het balanssysteem en de dichtheid achter het duikschot. Drukverschillen door stromingen zijn hierbij niet meegenomen. De totale fout van de twee vaste drukopnemers op het drukschot is 8 kpa. De druk in de luchtkamer is de ingestelde druk door de aannemer. De berekende offset geeft aan dat de werkelijk gehanteerde druk circa 18 kpa lager is. Vanwege de beperkte ijkmetingen is de nauwkeurigheid van deze waarde circa 8 kpa. Onder aftrek van de nauwkeurigheid is de offset groter dan nul. Het verschil wordt veroorzaakt door een afwijking (offset) van de drukmeter en/of door invloed van stromingsprocessen op het balanssysteem. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 21-48

22 Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 22-48

23 3 Dichtheidsbepaling slurry boorfront 3.1 Drukverdeling over hoogte boorfront In bijlage 2 zijn alle grafieken opgenomen waarin de drukken over het tijdsinterval worden weergegeven. Aan de hand van de drukken is de steundruk, de drukverdeling over het boorfront en de dichtheid te bepalen. Uit onderstaande de grafieken 3.1 en 3.1 is duidelijk te zien dat de drukken aan de voorkant van het snijrad een lineair drukverloop van de druk aan het boorfront weergeven. Aan de achterkant is dezelfde drukverdeling waarneembaar. Echter, de afwijkingen van de individuele drukmetingen komen frequenter voor en zijn groter. 2e orde evaluatie boortechnologie meetveld zuid tweede passage Drukverdeling voorkant snijrad P01, P02, P03, P04 Ring 49, 5:31:13, 1 omwenteling 2e orde evaluatie boortechnologie meetveld zuid tweede passage Drukverdeling achterkant snijrad P05, P07, P08 Ring 49, 5:31:13, 1 omwenteling 4,00E+00 4,00E+00 3,00E+00 3,00E+00 2,00E+00 2,00E+00 1,00E+00 1,00E+00 Meting 0,00E+00 Meting 0,00E+00-1,00E+00-1,00E+00-2,00E+00-2,00E+00-3,00E+00-3,00E+00-4,00E+00-4,00E Druk Druk P01 P02 P03 P04 Predictie P05 P07 P08 Grafiek 3.1: Drukverdeling voorkant snijrad. Grafiek 3.2: Drukverdeling achterkant snijrad. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 23-48

24 3.2 Methoden dichtheidsbepaling en steundrukbepaling De dichtheid van de bentonietspoeling aan de voorkant van het duikschot is op een aantal methoden te bepalen. De methoden verschillen sterk met betrekking tot bewerkelijkheid, inzichtelijkheid en nauwkeurigheid. Bovendien is het mogelijk om per methode de steundruk in de as van de TBM te bepalen. Onderstaand worden de methoden beschreven en wordt een indicatie van de nauwkeurigheid gegeven Methode min-max Aan de hand van de minimale en maximale drukken van de drukopnemers op het snijrad kan de dichtheid aan het boorfront bepaald worden. Dit kan gedaan worden met de data van minimaal een halve omwenteling en maximaal een continu geboord traject. Indien de steundrukverschillen in de tijd niet groot zijn levert dit een betrouwbare waarde op voor de dichtheid. Bij meerdere omwentelingen wordt uitgegaan van het gemiddelde van de maximale en minimale waarden om de invloed van steundruktoename over de periode te beperken. Deze methode is echter bewerkelijk vanwege de natuurlijke afwijkingen op het normale drukverloop, als gevolg van stroming, kleibrokken en drukgolven. Hierdoor is het niet mogelijk zonder controle de maximale en minimale waarden te bepalen. De maximale en minimale drukken worden geselecteerd nadat de dataset is gefilterd. De dataset kan worden gefilterd met behulp van geavanceerde data-analyseprogramma s. Daarnaast is het ook mogelijk om de dataset handmatig, eventueel aan de hand van grafieken, te filteren. In de grafieken bijgevoegd in bijlage 2 is duidelijk te zien dat de extreme waarden groter kunnen zijn dan de amplitude. De filtering in het kader van deze exercitie is handmatig gedaan. Bij meerdere omwentelingen kunnen de minima en maxima worden gemiddeld om een druktoename te corrigeren. De dichtheid is gelijk aan het gemiddelde van de maxima en minima. De nauwkeurigheid is afhankelijk van de filtering. Wanneer de natuurlijke afwijking niet wordt gefilterd is de steundruk- en dichtheidsbepaling erg onnauwkeurig. Hetzelfde geldt voor fouten in de datatransmissie. Andere bijdragen aan de nauwkeurigheid zijn de verrolling van de TBM en de stand van het snijrad. De nauwkeurigheid van de dichtheid na filtering is afhankelijk van de omwentelingssnelheid en de meetfrequentie. De berekende fout is slechts 0,1 kpa/m. Vanwege de kleine natuurlijke variaties wordt de totale fout geschat op circa 0,5 kpa/m. De nauwkeurigheid van de steundrukbepaling wordt op basis van de exercitie geschat op circa 5 kpa. De nauwkeurigheden zijn hoog omdat de data handmatig gefilterd is. De methode is tevens bewerkelijk Methode sd Aan de hand van de standaard deviatie is de dichtheid voor één omwenteling of een continu geboord traject te bepalen. Gebruik gemaakt wordt van het feit dat de standaard deviatie van een perfecte sinusfunctie gelijk is aan de amplitude/wortel(2), zie figuur 3.3. Hiermee zijn dan tevens de maximale en minimale waarden bekend. De methode is betrouwbaar omdat alle punten meewegen in de bepaling van de dichtheid. Ook de uitkomst van ongefilterde data (m.u.v. datatransmissiefouten) komt goed met de werkelijkheid overeen indien het aantal natuurlijke afwijkingen procentueel laag is. De methode is echter minder geschikt wanneer per omwenteling de rotatiesnelheid sterk varieert, bijvoorbeeld bij stilstand, en wanneer de steundruk toeneemt over het meettraject. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 24-48

25 Het bepalen van het gemiddelde en de standaard deviatie is een standaard optie in de meeste dataverwerkingsprogramma s. De bepaling is eenvoudig en niet bewerkelijk. Normaliter is het niet nodig de dataset te filteren, de resultaten zijn dus gebaseerd op de gehele dataset. Een controle (grafisch) op zeer extreme waarden wordt aanbevolen. Over grotere tijdsperioden is het mogelijk dat de steundruk toeneemt. Een toename heeft ook effect op de standaard deviatie, deze zal ook toenemen. De verkregen waarde voor de dichtheid is hierdoor aan de hoge kant. De gemiddelde steundruk kan worden bepaald op basis van het gemiddelde van de hele dataset. De nauwkeurigheid van de steundrukbepaling wordt op basis van de exercitie geschat op circa 10 kpa. De nauwkeurigheid van de dichtheidsbepaling is hoog over een meetinterval waarin de steundruk gelijk blijft en de bewerkelijkheid is laag. De continue omwentelingssnelheid is echter een voorwaarde. De nauwkeurigheid wordt geschat op 0,5 a 1,0 kpa/m, afhankelijk van de meetperiode. Relatie dichtheidsmeting en standaarddeviatie 1 0,75 0,5 0,25 verhouding maximale waarden is 1:wortel(2) Waarde ,25-0,5-0,75-1 Graden sinusfuntie Figuur 3.3: Bepaling dichtheid m.b.v. standaard deviatie. standaard deviatie Methode curve-fit Deze methode gaat uit van een periode van minimaal een omwenteling. Aan de hand van de stand van het snijrad worden de drukken uitgezet tegen de hoogte. Omdat de stand van het snijrad niet gemeten is, is de verticale positie middels een omrekening bepaald. De omrekening is gebeurd aan de hand van de tijd, uitgaande van de gemeten omwentelingsperiode en een constant toerental. Deze omrekening is alleen mogelijk voor korte perioden, zoals een omwenteling. Vervolgens wordt een lineaire lijn door de punten gefit. De hellingshoek bepaald de druktoename over de hoogte en hiermee is de dichtheid bekend. Voor deze methode gelden dezelfde opmerkingen als de methode op basis van de standaard deviatie. De nauwkeurigheid van de dichtheidsbepaling wordt op basis van deze exercitie geschat op circa 1,0 kpa/m. De nauwkeurigheid van de steundrukbepaling wordt op basis van deze exercitie geschat op circa 15 kpa. Het fitten van een dataset is eveneens een standaard optie in veel dataverwerkingsprogramma s. Daarnaast kan het ook handmatig worden gedaan. De gefitte functie moet voldoen aan de volgende definitie: y=ax+b. De dichtheid is de reciproke van helling (1/a) en de steundruk is gelijk aan het quotiënt van de negatieve constante en de helling (-b/a). Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 25-48

26 3.2.4 Methode dp/dz Deze methode gaat uit van een druktoename over een hoogteverschil die per meetpunt bepaald kan worden. Per meetpunt kan de dichtheid worden bepaald. De methode is echter zeer bewerkelijk. Daarnaast zijn voor deze methode de posities van het snijrad in elk meetpunt vereist. Daar de incrementen klein zijn moet de nauwkeurigheid van de positiebepaling hoog zijn om een redelijke nauwkeurigheid te bereiken. Omdat de stand van het snijrad niet gemeten is, is de verticale positie middels een omrekening bepaald. De omrekening is gebeurd aan de hand van de tijd, uitgaande van de gemeten omwentelingsperiode en een constant toerental. Deze omrekening is alleen mogelijk voor korte perioden, zoals een omwenteling. De dichtheid is in de tabel bepaald door per omwenteling de quotiënten te middelen. De bepaling van de steundruk is gelijk aan die bij de methode sd. De nauwkeurigheid van de steundrukbepaling wordt op basis van deze exercitie geschat op circa 10 kpa. De nauwkeurigheid van de dichtheidsbepaling is strek afhankelijk van de variatie in de drukken. Bij een kleine variatie (voorkant snijradarm) wordt de fout geschat op 2 kpa/m. Bij grotere variaties, zoals gemeten aan de achterkant van de snijradarm is de fout ontoelaatbaar groot en de methode onbruikbaar. 3.3 Evaluatie In hoofdstuk 3.1 is beschreven dat de dichtheid op vier verschillende methoden te bepalen is. Deze methoden zijn alle vier toegepast op de data van 1 omwenteling van ring 49, beginnend om 5:32:13 uur. Daarnaast is ook de gemiddelde steundruk bepaald op de as van de TBM. De resultaten zijn weergegeven in onderstaande tabel 3.1 en 3.2. Daarnaast zijn voor twee methoden de resultaten gepresenteerd in onderstaande tabel 3.3, geldig voor 5 omwentelingen. Tabel 3.1: Resultaten steundrukberekening 1 omwenteling. methode max-min sd curve-fit dp/dz eenheid kpa kpa kpa kpa P01 284,4 279,1 282,8 279,1 P02 284,4 278,4 282,9 278,4 P03 285,3 278,6 284,8 278,6 P04 280,1 272,2 278,6 272,2 P05 284,8 280,5 284,2 280,5 P07 282,5 281,1 269,5 281,1 P08 283,3 277,3 283,4 277,3 verschil 5,3 9,0 15,4 9,0 % verschil 1,8% 3,2% 5,4% 3,2% voor 283,6 277,1 282,3 277,1 achter 283,5 279,6 279,0 279,6 In de bovenstaande tabel 3.1 zijn de resultaten voor alle drukopnemers op het snijrad van de steundruk weergegeven. Daarnaast is per methode het maximale onderling verschil van de drukopnemers weergeven, de gemiddelde waarde aan de voorkant van het snijrad en de gemiddelde waarde aan de achterkant van het snijrad. De methode min-max geeft het beste resultaat omdat de onderlinge verschillen van de drukopnemers het kleinst zijn. De methode curve-fit geeft de grootste afwijkingen. Uitgaande van de waarde aan de voorkant van het snijrad ligt de gemiddelde waarde van de steundruk tussen de 283,6 en 277,1 kpa. In de indirecte ijking van de vaste drukopnemers is uitgegaan van de waarde gebaseerd op de methode min-max: 283,6 kpa. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 26-48

27 Tabel 3.2: Resultaten dichtheidsberekening 1 omwenteling. methode max-min sd curve-fit dp/dz eenheid kpa/m kpa/m KPa/m kpa/m P01 12,7 12,4 13,0 13,5 P02 12,3 12,1 12,7 13,0 P03 12,2 11,8 12,5 13,6 P04 12,3 12,0 12,6 12,6 P05 12,6 12,0 12,6 14,4 P07 12,7 12,7 12,6 7,2 P08 12,2 12,9 13,5 42,7 verschil 0,5 1,1 1,0 35,5 % verschil 4,0% 9,0% 7,8% >100% voor 12,4 12,1 12,7 13,2 achter 12,5 12,5 12,9 21,5 Ook voor de dichtheidsbepaling geeft de methode min-max het beste resultaat. Het minst betrouwbare resultaat wordt verkregen met de methode dp/dz. De resultaten wijken sterk af als gevolg van het onregelmatige drukverloop aan de achterkant van het snijrad. Uitgaande van de gemiddelde waarde aan de voorkant van het snijrad ligt de dichtheid tussen de 12,1 en 13,2 kpa/m. In de indirecte ijking van de vaste drukopnemers is uitgegaan van de waarde gebaseerd op de methode min-max: 12,4 kpa/m. Tabel 3.3: Resultaten steundruk- en dichtheidsberekening 5 omwentelingen. methode max-min sd max-min sd eenheid kpa kpa kpa/m kpa/m P01 283,6 283,6 13,2 13,2 P02 283,6 283,7 12,8 12,8 P03 284,5 284,9 12,7 12,7 P04 280,5 280,2 12,5 12,6 P05 283,7 284,5 13,2 13,1 P07 282,7 284,7 12,9 13,1 P08 282,7 283,9 12,5 13,1 verschil 4,0 4,7 0,7 0,6 % verschil 1,4% 1,7% 5,5% 4,7% voor 283,0 283,1 12,8 12,8 achter 283,0 284,4 12,9 13,1 De exercitie voor 5 omwentelingen is uitgevoerd met de methode min-max en methode sd. Enerzijds omdat deze methoden het minst bewerkelijk zijn en anderzijds om de invloed van een langere tijdsperiode te onderzoeken. Op basis van de resultaten van de methode min-max wordt geconcludeerd dat de gemiddelde steundruk in de 5 omwentelingen niet significant is toegenomen. Beide methoden geven nu een bijna identieke steundruk weer. De methode sd is blijkbaar in betrouwbaarheid toegenomen. Met betrekking tot de steundruk is het onderling verschil op basis van de methode sd het kleinst. De methode sd is dus voor meerdere omwentelingen (circa 5) de meest betrouwbare en minst bewerkelijke methode om de steundruk en dichtheid te bepalen. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 27-48

28 3.4 Conclusies dichtheidsbepaling en steundrukbepaling Uit de metingen blijkt dat de druk aan het boorfront lineair afhankelijk is het de hoogte. De dichtheid is dus constant over het boorfront. Aan de achterkant van het snijrad is wel een grote drukvariatie gemeten. De drukvariatie wordt mogelijk veroorzaakt door kleibrokken in de slurry. Het is mogelijk de dichtheid en steundruk aan het boorfront met vier verschillende methoden te bepalen. De resultaten komen goed met elkaar overeen. Aan de hand van de verschillende uitkomsten is de mate van nauwkeurigheid te bepalen. De uitkomst van de exercitie is onderstaand samengevat in tabel 3.4 en 3.5. Tabel 3.4: Samenvatting steundrukbepaling. methode berekening steundruk min-max ( P + P ) 2 dz max min P i sd ( ) n curve-fit y = a x + b b P i dp/dz ( ) n a fout bewerkelijkheid steundruk [kpa] 5 matig 5-10 goed 15 matig 10 goed Tabel 3.5: Samenvatting dichtheidsbepaling. methode berekening dichtheid fout dichtheid bewerkelijkheid min-max [kpa/m] 0,5 ( Pmax Pmin ) 2 dz matig sd ( SD 2 ) dz curve-fit y = a x + b 1 dp/dz ( dp dz ) ( i i ) n a 0,5-1,0 goed 1,0 matig 2,0 slecht De methode min-max en de methode sd blijken overall de beste methoden te zijn. Methode min-max is nauwkeuriger maar ook bewerkelijker. De meetperiode kan varieren van 1 omwenteling tot een hele geboorde ring. De betrouwbaarheid van de metingen aantal omwentelingen. Anderzijds kan ook door de steundruk en slurrydichtheid sterk variëren over langere meetperioden. Uit de analyse wordt geconcludeerd wordt dat een meetperiode circa 5 omwentelingen goede resultaten geeft. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 28-48

29 4 Invloed overcutter op krachtenevenwicht 4.1 Inleiding Het snijrad is in ring 43 tot en met ring 46 en in ring 49 tot en met ring 80 naar voren geschoven. Over dit gedeelte van het meetveld is volgens opgaaf van de aannemer de overcutter gebruikt (niet de contoursnijder). De data van alle drukopnemers, de vijzelkrachten en het koppel is gebruikt om de invloed van de overcutter te onderzoeken. Aanbevolen wordt om in de eerste orde evaluatie tevens de metingen aan het maaiveld en in de ondergrond te analyseren. In de onderstaande figuren (4.1 tot en met 4.4) zijn een aantal metingen verwerkt om de invloed van de overcutter te illustreren. Het verstellen van het snijrad gebeurt tijdens het boren. Het schild en het snijrad houden beiden een bepaalde snelheid, waarbij de snijrad snelheid tijdelijk vergroot of verkleind wordt. Hierdoor is het niet mogelijk de absolute waarde van de wrijvingskracht te extraheren uit de evenwichtsvergelijkingen. 4.2 Metingen en evaluatie De hoofdvijzelkracht neemt significant af (circa 40%). In figuur is de gemiddelde totale hoofdvijzelkrachten per ring over het meetveld uitgezet. Figuur 4.1 is gecorrigeerd met de frontkracht (druk * oppervlak). De gecorrigeerde hoofdvijzelkracht is over het traject waarin de overcutter gebruikt is circa 2000 kn en in het traject zonder gebruik van de overcutter circa kn. Deze krachtsverschillen worden met name veroorzaakt door de wrijvingskracht. De snijradkracht neemt niet significant toe. Verwacht werd dat de snijkracht door de extra snijtand zou toenemen. De grafiek is opgenomen in bijlage 6. Het snijradkoppel neemt ook niet toe. Verwacht werd dat de snijradkoppel een extra moment moet opnemen door de extra snijkracht. De snijkrachten en het snijkoppel zijn dus waarschijnlijk klein. De grafiek is opgenomen in bijlage 6. In ring 80 is het snijrad weer teruggetrokken. Van ring 80 tot en met 85 is een duidelijke, bijna lineaire, toename van de hoofdvijzelkracht waarneembaar. Na 5 extra ringen is het traject met gebruik van de overcutter volledig gepasseerd. Bij ring 80 is er geen sprong in de toename waarneembaar. Geconcludeerd wordt dat de bijdrage van de snijdende voorkant relatief klein is en dat de grootste bijdrage aan de totale kracht wordt veroorzaakt door de wrijvingskracht langs de mantel van de TBM. In figuur 4.2 zijn de hoofdvijzelkrachten per vijzel uitgezet, voor tijdens en na gebruik van de overcutter. In figuur 4.3 is de overgang van ring 80 tot en met 85 weergegeven. Wanneer deze hoofdvijzelkrachten gecorrigeerd worden met de frontdruk zijn een aantal hiervan negatief. Dit wordt veroorzaakt door het sturen van de TBM. In figuur 4.4 is weergegeven waar de resultante van de TBM hoofdvijzelkracht zich bevindt in het t-v-vlak (lees y-z-vlak). Omdat de TBM kopzwaar is en omdat een bocht naar links geboord wordt ligt de resultante van de TBM hoofdvijzelkracht rechtsonder het midden. Door het gebruik van de overcutter is de TBM eenvoudiger stuurbaar in het horizontale t-vlak. De resultante is meer naar het midden gaan liggen. De verticale excentriciteit neemt gelijkmatig met de diepte af. Als gevolg van de hogere steundruk, bij diepere ligging, wordt de excentriciteit relatief kleiner. Dit is geïllustreerd in figuur 4.4. Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 29-48

30 2e orde evaluatie boortechnologie meetveld zuid tweede passage hoofdvijzelkracht - frontkracht (relatieve frontdruk * A_TBM) in [kn] 1,40E+04 1,20E+04 1,00E+04 Meting 8,00E+03 6,00E+03 4,00E+03 2,00E+03 gebruik overcutter TBM 0,00E Figuur 4.1: Gecorrigeerde hoofdvijzelkracht. Ring hoofdvijzelskracht-frontkracht 5,00E+03 2e orde evaluatie boortechnologie meetveld zuid tweede passage gemiddelde hoofdvijzelkrachten [kn] voor, tijdens en na gebruik overcutters 4,50E+03 4,00E+03 3,50E+03 3,00E+03 Meting 2,50E+03 2,00E+03 1,50E+03 1,00E+03 5,00E+02 0,00E+00 druka drukb drukc drukd druke drukf drukg Hoofdvijzel Figuur 4.2: Gemiddelde kracht per hoofdvijzel. ring 42 t/m 48 ring 55 t/m 79 ring 86 t/m 108 Tweede orde evaluatie Boortechnologie, 2 e passage Meetveld Zuid pagina 30-48