Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel juni ir. C.B.M. Blom dr.ir. G.P.C.

Transcriptie

1 97-CON-R0751 Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel 1 27 juni 1997 ir. C.B.M. Blom dr.ir. G.P.C. van Oosterhout K100-W-61 Werkrapport CUR/COB Uitvoeringscommissie K100 Praktijkonderzoek boortunnels

2 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. "8 Rapport K100-W-061 Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel 1, juni 1997, 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.

3 Titel en sub-titel: Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel 1 Datum rapport: Juni 1997 Schrijver(s): C.B.M. Blom, G.P.C. van Oosterhout Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: 97-CON-R0751 Projectleider(s) opdrachtnemer: dr. ir G.P.C. van Oosterhout COB/K100-document nummer: K100-W-061 Projectbegeleider opdrachtgever: ir P.S. Jovanovic Naam en adres opdrachtnemer: TNO-Bouw Postbus AA Delft Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: In dit rapport wordt verslag gedaan van de eerste meetperiode voor de meetring in meetveld Noord van de Tweede Heinenoordtunnel. Een beschrijving van de meetopstelling is bijgevoegd, inclusief een lijst van slecht functionerende kanalen. Gepresenteerd worden krachten, momenten, gronddrukken en voegverplaatsingen gebaseerd op de kanalen die betrouwbaar zijn bevonden. De metingen worden gesplitst gepresenteerd: de eerste 28 uur zijn weergegeven in grafieken gebaseerd op 1 minuut samples, daarna wordt overgegaan op 6 minuten. Een en ander is gedaan omwille van de beheersbaarheid van de stroom van gegevens waar de ontwikkeling van genoemde parameters dat toelaat. Relationele rapporten: K100-W-025 K100-W-060 Trefwoorden: Boortunnels, Meetringen, Krachtswerking, Vervormingen Classificatie: Intern COB-rapport Classificatie deze pagina: nee Verspreiding: COB-commissie K100 Aantal blz: 102 Versie Datum Namens opdrachtnemer Paraaf Namens opdrachtgever Paraaf concept 29/04/97 dr ir. G.P.C. van drs W. van Schelt Oosterhout definitief 27/06/97 dr ir. G.P.C. van Oosterhout drs W. van Schelt Prijs:

4 Title and sub-title: Monitoring report on Northern instrumented segment in the Tweede Heinenoordtunnel - Period 4 to 16 April 1997 Date report: June 1997 Author(s): C.B.M. Blom, G.P.C. van Oosterhout Type report: Interim-report Reportnumber contractor: 97-CON-R0751 Project manager(s) contractor: dr.ir. G.P.C. van Oosterhout COB/K100-report number: K100-W-061 Project attendant principal: ir P.S. Jovanovic Name and address contractor: TNO-Bouw P.O. Box AA Delft The Netherlands Name and address principal: Centrum Ondergronds Bouwen P.O. Box AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary of report: This report presents the first monitoring period of an instrumented tunnel segment in the Northern test area at the Tweede Heinenoordtunnel building site. The equipment that is used and their positions in the tunnel are briefly described. The results are given in terms of bending moments, normal forces, pressures on the tunnel surface and joint displacements. The presentation is split graphs that are either based on 1 minutes for the first 28 hours or 6 minute samples for the rest of the period. Consequently, the enormous amount of data could be compressed without losing significance. Relational reports: K100-W-025 K100-W-060 Keywords: Bored tunnels, Instrumented segments, Forces and deflections Classification: Internal COB-report Classification this page: no Distribution: COB-committee K 100 Number of pages: 102 Price: Version Date On behalf of contractor Initials On behalf of principal Initials draft 29/04/97 dr.ir. G.P.C. van drs W. van Schelt Oosterhout final 27/06/97 dr ir. G.P.C. van Oosterhout drs W. van Schelt

5 INHOUDSOPGAVE Hoofdstuk 1 INLEIDING...1 Hoofdstuk 2 BESCHRIJVING MEETOPSTELLING Inleiding Meetroutine...6 Hoofdstuk 3 MEETRESULTATEN Overzicht grafieken Verplaatsingen Drukken Momenten en normaalkrachten Axiale normaalkrachten en momenten Tangentiële normaalkrachten en momenten Krachten en momenten op de equivalente buigligger Vijzelkrachten...12 Hoofdstuk 4 ANALYSE WAARGENOMEN FENOMENEN Injecteren van grout versus drukken op de meetring Correlatie vijzelkracht en axiale normaalkracht Invloed van boorproces op axiale en tangentiële normaalkracht Krachtomleiding Statische belasting proef uit belasting volgwagen...21 Hoofdstuk 5 PREDICTIE VERSUS METING Krachten en momenten Drukken Postdicties in eerste orde evaluatie...26 Hoofdstuk 6 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN...27 Bijlage: Verslag derde orde evaluatie...31 Bijlage: Evaluatiegrafieken...42

6 HOOFDSTUK 1 INLEIDING De evaluatie van de tunnelconstructie van de Tweede Heinenoordtunnel is gebaseerd op het plaatsen en bewaken van twee meetringen. Een meetring bestaat uit 8 segmenten die zijn geinstrumenteerd met rekopnemers, drukdozen en verplaatsingsopnemers. Het Centrum Ondergronds Bouwen, meer bepaald de onderzoekscommissie K100, heeft aan de hand van een aantal overwegingen op de Noord- en op de Zuidoever van de Oude Maas meetvelden gedefinieerd. De eerste ring wordt geplaatst in het Noordelijke meetveld, de tweede in het Zuidelijke meetveld. Beide ringen maken deel uit van de westelijke tunnelbuis. In de oostelijke tunnelbuis zullen geen meetringen worden geplaatst meetveld Noord -11 meetveld Zuid eerste meetring (ring 78) -28 tweede meetring (ca. ring 550) oostelijke tunnelbuis westelijke tunnelbuis Figuur 1 Overzicht meetvelden en positie meetringen. De peilen zijn ten opzichte van NAP, in meters. 1

7 De rapportage over de evaluatie van de metingen aan de tunnelconstructie gaat vier delen beslaan. Het voorliggende rapport bevat de tweede orde evaluatie van de metingen aan de eerste meetring in de Tweede Heinenoordtunnel tijdens de eerste passage van de boormachine door het meetveld Noord. Het tweede deel zal de eerste passage van de boormachine door het meetveld Zuid beschrijven. Na voltooiing van de westelijke tunnelbuis zal de boormachine gekeerd worden en wordt de oostelijke schacht geboord. Hierbij worden beide meetvelden nogmaals doorsneden. Hierover zal in het derde en vierde deel van de tweede orde evaluatie worden gerapporteerd. De eerste meetring is de 78e gezien van het begin van de schacht. Deze ring is geplaatst op 3 april Dit is tevens de start van de eerste evaluatieperiode. Het meetveld houdt op bij ring 100, die op 8 april 1997 werd geplaatst. Zodoende is de evaluatie van de metingen beperkt tot de dataset die is verzameld in de periode van 3 april tot en met 8 april. In het volgende hoofdstuk wordt de meetring beschreven en wordt kort beschreven wat de meetprocedure is geweest. Hoofdstuk 3 geeft een presentatie van de meetresultaten door middel van grafieken. Hierbij is uitgegaan van eerder gedefinieerde evaluatiegrafieken, zoals overeengekomen met het PBBT. Daar waar de presentatie dat vereiste, is in een aantal gevallen afgeweken van het voorgenomen format. Hoofdstuk 4 gaat in op een aantal fenomenen die in de metingen zijn waargenomen. Daar waar mogelijk is een verklaring gegeven. In de gevallen dat dit niet mogelijk bleek te zijn op basis van de beschikbare gegevens, is wel aangegeven in welke richting nader of extra onderzoek zou moeten worden uitgevoerd. In hoofdstuk 5 wordt een vergelijking getrokken tussen de gemaakte predicties, zoals verzameld in werkrapport K [1] en de achterliggende rapportages, en de gemeten grootheden. Waargenomen verschillen worden, indien relevant, verklaard. Tot slot worden enige conclusies getrokken ten aanzien van het meten, de predicties en het gedrag van de meetring. Hieruit volgen nog enige aanbevelingen ten aanzien van toekomstig onderzoek. 2

8 HOOFDSTUK 2 BESCHRIJVING MEETOPSTELLING 2.1 Inleiding Er zijn twee meetringen gemaakt voor de tweede Heinenoordtunnel. Deze bestaan uit acht segmenten, waarvan één sluitsteen. In Figuur 2 zijn de segmenten met het referentienummer afgebeeld. De sluitsteen blijft in het hiernavolgende buiten beschouwing, deze is niet geïnstrumenteerd. In Figuur 2 zijn de posities van de diverse opnemers schematisch weergegeven. De opnemers worden in de uitvoer uniek gedefinieerd met behulp van de polaire coördinaat ϕ. Deze loopt linksom en is nul bij de doorsnijding van de y-as, die is gebaseerd op het lokale x-y-stelsel dat Herrenknecht gebruikt. De voeg tussen segment 2 en 3 ligt precies op 90 graden. De positie van de setjes verplaatsingsopnemers is ook aangegeven in Figuur 2. De segmenten worden in halfsteensverband geplaatst. Elk setje bestaat uit de axiale voegverplaatsing tussen twee ringen, de radiale voegverplaatsing tussen twee ringen en de tangentiële verplaatsing binnen de meetring tussen twee segmenten. Zie voor een nadere beschrijving de meetkastlegenda. Setje 4 is niet aangesloten. Elk segment heeft 10 rekopnemers, 6 in tangentiële richting en 4 in axiale richting. Zie Figuur 3 voor de posities van de opnemers: de nummers 1 tot en met 6 zijn tangentieel, nummers 7 tot en met 10 axiaal. De afmetingen in tangentiële richting zijn steeds gegeven zoals ze gelden op het midden van doorsnede over de hoogte. Opnemers 3 en 6 zitten in het midden van het segment. Opnemers 1 en 2 zitten gespiegeld ten opzichte van 7 en 8 op een kwart van de rand. Figuur 5 zoomt in op de doorsneden met opnemers. Bij de montage van de rekopnemers zijn deze vastgemaakt aan het wapeningsnet. Hierbij is bij de tangentiele opnemers een andere methode gebruikt dan bij de axiale opnemers. Dientengevolge is de positie van de opnemers in de doorsnede verschillend, zoals Figuur 5 laat zien. Een en ander is belangrijk bij de bepaling van de momenten in de doorsnede zoals dat in paragraaf 2.2 zal worden behandeld. De rekopnemers zijn zogenaamde snaarrekopnemers van de firma Geokon. Een beschrijving van deze opnemers kan men vinden in het afname rapport [2]. De snaarrekopnemers geven een frequentie en temperatuur als output. Deze frequentie is afhankelijk van de rek van de snaar en als zodanig een maat voor de optredende rek in het beton. De twee voornaamste bronnen van rek in het beton zijn belasting en temperatuurverschillen. Daarnaast zijn de segmenten aan de buitenkant voorzien van drukdozen. Deze zijn ook gebaseerd op het principe van de snaarrekopnemer en de output bestaat daarom uit een frequentie en temperatuur. 3

9 309 sluitsteen 321 g g g g 1-6 y 0 a a a a f f S7 S1 S b b f f 276 S6 ϕ 97 3 b b x S e e S5 S4 122 c c e e c c d d d d 206 Legenda: S1..7 = segment 1 t/m 7 a..g = vijzelgroep a t/m g 1..6 = verplaatsingopnemerset 1 t/m 6 = doorsnede met tangentiele rekopnemers = doorsnede met axiale rekopnemers = begrenzing segment = positie drukdozen Figuur 2: Doorsnede van de meetring. Kijkrichting: naar de boormachine toe (Zuiden). Posities van alle opnemers zijn schematisch weergegeven. De segmenten zijn aangeduid met het referentienummer. Per paar opnemers is de positie in graden weergegeven. Deze gradenverdeling wordt in de grafieken gebruikt als identificatie. Assenstelsel x-y is het lokale stelsel dat Herrenknecht, de aannemer voor het boren, gebruikt. De vijzels grijpen in paren aan. Elk paar belast via een verdeelplaat de segmenten. 4

10 geometrie DIANA-model drukdoos Opn. 1,2 Opn. 3,4 Opn. 5,6 Opn. 7,8 Opn. 9, drukdoos Figuur 3 Platte projectie van een segment. Posities van opnemers zijn weergegeven. Alle maten in mm. Gearceerd is de geometrie aangegeven op basis waarvan een DIANA model van een segment is gemaakt, zoals in Figuur 9 is afgebeeld. Het DIANA model wordt nader besproken in paragraaf Opn. 1,2 Opn. 3,4 Opn. 5,6 Opn. 7,8 Opn. 9, Figuur 4 Positie rekopnemers ten opzichte van de druklijnen van de vijzelkrachten. De linkse en rechtse kracht zit 200 mm van de rand van het segment. Het krachtenpaar in het midden van het segment zit ook 2x200 mm uit elkaar. 5

11 ε i ε i ε i+1 42 ε i+1 Axiale doorsnede Tangentiële doorsnede Figuur 5 Detail van axiale en tangentiële doorsnede; positie van de opnemers. Alle maten in mm. 2.2 Meetroutine De instrumentatie van de meetring bevat in totaal 84 rekopnemers en 18 verplaatsingsopnemers. Elke rekopnemer geeft 2 signalen af: frequentie en temperatuur. Er zijn dus tenminste 186 kanalen nodig om de gehele meetring gelijktijdig te bemeten. Hiertoe zijn twee meetkasten geïnstalleerd in de tunnel. De eerste meetkast leest de opnemers van segmenten 1 tot en met 4 uit. De tweede meetkast leest de overige segmenten uit (5 tot en met 7). Een complete beschrijving van de opbouw van de uitvoer van beide meetkasten is gegeven in TNO-rapport 97-CON-R0481 [3]. Elke minuut wordt een sample aangemaakt in beide meetkasten. Eenmaal per uur wordt de data-logger in de meetkasten uitgelezen door de meet PC. Deze PC is verbonden aan het netwerk op locatie in Barendrecht en draagt zorg voor de verdere verwerking van de meetgegevens, zoals de opslag op een CD en beschikbaar stellen van de gegevens aan andere partijen via het lokale netwerk. De bewerking van de ruwe gegevens heeft plaatsgevonden op een separate PC, de evaluatie PC. Meetgegevens worden van het netwerk gehaald en gecontroleerd. Hierna vindt de conversie plaats naar rekken, drukken en verplaatsingen. In een tweede conversie-slag worden de momenten en normaalkrachten bepaald. Parallel hieraan zijn de bestanden van Herrenknecht geconverteerd. De aandacht is daarbij vooral uitgegaan naar de vijzeldrukken en de positie van de boormachine. Daarnaast zijn de groutdrukken bepaald. Een gedetailleerde beschrijving van de meetprocedures, conversies en uitvoer is gegeven in TNOrapport 97-CON-R0481 [3]. 6

12 HOOFDSTUK 3 MEETRESULTATEN 3.1 Overzicht grafieken In onderstaande tabel is een overzicht gegeven van alle evaluatiegrafieken die in het kader van het eerste deel van de tweede orde evaluatie van de tunnelconstructie van de Tweede Heinenoordtunnel zijn aangemaakt, zoals eerder overeengekomen met het PBBT en vastgelegd in TNO-Memo 97-CON- M312 [4]. Gezien de omvang van de verzameling grafieken die gegenereerd is, is ervoor gekozen om de figuren integraal af te drukken in de bijlagen. In dit hoofdstuk zullen in de komende paragrafen kort de belangrijkste waarnemingen uit de grafieken worden samengevat. Hoofdstuk 4 zal nader ingaan op een aantal bijzondere waarnemingen, die een diepere studie vereisten. In de meetgrafieken zijn twee gaten te zien, die overeenkomen met twee communicatiestoringen van de meet PC. De eerste storing trad op op 3 april 1997, waardoor de meetgegevens van meetkast 1 in de periode /4/ /4/97 verloren zijn gegaan. Van meetkast 2 kon wel de gehele data set worden verzameld. De tweede storing trad op op 4 april rond Hierdoor is de periode van die dag verloren gegaan voor beide kasten. Om een aantal tijdsafhankelijke trends te onderzoeken is tijdens de tweede orde evaluatie besloten meetgegevens buiten het meetveld te analyaseren. Het betreft hier de data van 13 en 14 april. Deze gegevens zijn in de tijddiagrammen duidelijk te herkennen. Tabel 1 Grafieken voor tweede orde evaluatie Heinenoord tunnelconstructie. naam x-as y-as blz. Tangentiele momenten ϕ M tang verschillende tijdstippen 44 Tangentiele noormaalkrachten ϕ N tang verschillende tijdstippen 45 Axiale normaalkrachten ϕ N axiaal verschillende tijdstippen 46 Maximaal en minimaal tangentiaal moment tijd M tang maximaal en minimaal 48 Maximale en minimale tangentiele drukkracht tijd N tang maximaal en minimaal 49 Maximale en minimale axiale drukkracht tijd N axiaal maximaal en minimaal 50 Maximaal negatief / positief segment moment afstand M maximaal en minimaal op het 51 axiaal,segm ent segment Maximale en minimale axiale drukkracht afstand N axiaal maximaal en minimaal 52 Totale axiale normaalkrachten en totale afstand N axiaal, 53 vijzelkrachten totaal Maximale axiale drukkracht in opnemer in de meetring met bijbehorende vijzelkracht afstand N axiaal met vijzelgroep C 54 Totale axiale normaalkrachten vijzelkrachte n N axiaal, totaal 56 7

13 naam x-as y-as Drukken in drukdozen ϕ P drukdoos verschillende afstanden 58 Drukken in drukdozen ϕ P drukdoos verschillende tijdstippen 59 Minimale en maximale drukken op de drukdozen tijd P drukdoos maximaal en minimaal 60 Maximale tangentiele drukkracht P drukdoos,max N tang,max 61 Maximale tangentiele momenten P drukdoos,max M tang, max 62 Druk in groutleidingen P drukdoos,231gr P grout 64 Globale axiale momenten afstand M in meetring en door vijzels 66 ax,globaal Ligging axiaal normaalkrachtencentrum afstand Nc tov onderkant in meetring 67 Axiale voegverplaatsingen tijd verplaatsing axiaal 69 Radiale voegverplaatsingen tijd verplaatsing radiaal 70 Tangentiele voegverplaatsingen tijd verplaatsing tangentieel 71 Axiale voegverplaatsingen, periode /4/ /4/97 Radiale voegverplaatsingen, periode /4/ /4/97 Tangentiele voegverplaatsingen, periode /4/ /4/97 tijd verplaatsing axiaal, even na plaatsen meetring tijd verplaatsing radiaal, even na plaatsen meetring tijd verplaatsing tangentieel, even na plaatsen meetring segment 1, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 76/83 segment 1, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 76/83 segment 1, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 76/83 segment 1, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 76/83 segment 2, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 77/84 segment 2, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 77/84 segment 2, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 77/84 segment 2, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 77/84 segment 3, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 78/85 segment 3, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 78/85 segment 3, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 78/85 segment 3, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 78/85 segment 4, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 79/86 segment 4, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 79/86 segment 4, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 79/86 segment 4, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 79/86 8

14 naam x-as y-as segment 5, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 80/87 segment 5, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 80/87 segment 5, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 80/87 segment 5, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 80/87 segment 6, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 81/88 segment 6, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 81/88 segment 6, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 81/88 segment 6, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 81/88 segment 7, tangentiele momenten tijd / afstand M tang 82/89 segment 7, tangentiele normaalkrachten tijd / afstand N tang 82/89 segment 7, axiale moment tijd / afstand M axiaal segment 82/89 segment 7, axiale normaalkracht tijd / afstand N axiaal segment 82/89 s1 tangentiele normaalkracht / moment 13 gr en axiale normaalkracht /moment -6 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 91 s1 tangentiele normaalkracht / moment 13/26 gr en axiale normaalkracht /moment 19 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 92 s2 tangentiele normaalkracht / moment 51/64 gr en axiale normaalkracht / moment 45 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 93 s2 tangentiele normaalkracht / moment 64/77 gr en axiale normaalkracht / moment (niet weergegeven) Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 94 s3 tangentiele normaalkracht / moment 103/116 gr en axiale normaalkracht / moment 97 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 95 s3 tangentiele normaalkracht / moment 116/129 gr en axiale normaalkracht / moment 122 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 96 s5 tangentiele normaalkracht / moment 206 gr en axiale normaalkracht / moment 200 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 97 s5 tangentiele normaalkracht / moment 231 gr en axiale normaalkracht / moment 225 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 98 s6 tangentiele normaalkracht / moment 257/270 gr en axiale normaalkracht / moment 251 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 99 s6 tangentiele normaalkracht / moment 270/283 gr en axiale normaalkracht / moment 276 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 100 s7 tangentiele normaalkracht / moment 321 gr en axiale normaalkracht / moment 303 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 101 s7 tangentiele normaalkracht / moment 321/334 gr en axiale normaalkracht / moment 328 gr. Tijd N/M tang/axiaal voor 4/4/ uur & 8/4/ uur 102 9

15 3.2 Verplaatsingen De opnemers die de voegverplaatsingen meten, zitten aan de binnenkant van de voeg, zoals ook in Figuur 2 is te zien. De verplaatsingopnemers laten vooral in de eerste 24 uur na plaatsing van de meetring interessante signalen zien. Zie pagina s 69 tot en met 74. Zo is uit de axiale voegverplaatsing goed te zien dat de triplex plaatjes na plaatsing van ring 79, 80, 81 en zelfs 82 nog steeds blijvend vervormen. De bijkomende verplaatsing komt daarmee op maximaal 0.8 mm. Dit is dan exclusief de verkorting die reeds plaatsvond tijdens de plaatsing van de meetring en die daardoor niet gemeten kon worden. In tangentiële richting zien we dat de voegen zowel verkorten als verlengen ten opzichte van de situatie ten tijde van de plaatsing. Deze verplaatsingen zijn een gevolg van de ovalisatie van de ring, hetgeen ook duidelijk blijkt uit het feit dat 95% van de tangentiële verplaatsingen optreden als de ring uit het schild komt, rond op 3 april Het feit dat na 4 april er weinig meer gebeurt met de voegverplaatsingen lijkt er op te wijzen dat de segmenten een evenwichtstoestand hebben gevonden en goed samenwerken. 3.3 Drukken In de grafieken voor de drukdozen, die in de bijlage zijn te vinden op de pagina s 58 tot en met 64, vallen de rimpels in de overigens vrij gelijkmatig verlopende grafieken op. Deze rimpels vallen samen met de periodes waarin geboord wordt. Van deze periodes is de eerste uren na plaatsing de meest interessante. In paragraaf 4.1 wordt naar deze periode nader gekeken. Voor het overige is het voldoende om op te merken dat de verdeling van de groutdrukken om de omtrek van de meetring bij benadering symmetrisch is om de verticale as en ruwweg overeenkomt met een hydrostatische verdeling. Overigens valt op dat het verloop tussen kruin en zool slechts zo n 60 kpa is. Dit is opvallend omdat uit dit minder is dan het verschil dat op basis van een zeer waterig omhulsel mag worden verwacht. In dat geval zou het verschil 80 kpa moeten zijn. Het is niet duidelijk hoe dit komt. De correcte werking van de apparatuur staat buiten kijf, omdat een defecte snaarrekopnemers altijd tot negatieve of zeer grote (10 8 kpa) drukken leidt. Dit is hier niet het geval. Er zal in ieder geval één drukdoos worden nagespannen om te zien of er een spleet tussen drukdoos en grout is ontstaan. De dip in de groutdrukken op 26 en 334 graden heeft waarschijnlijk te maken met een andere grondslag nabij de kruin van de meetring. Het onderste deel van de meetring bevindt zich in zand, terwijl de kruin in een zandlaag met kleilenzen ligt. Mogelijk is een kleilens de oorzaak van het dipje in de drukverdeling. 3.4 Momenten en normaalkrachten De beschrijving van de krachten en momenten in de meetring zoals bepaald uit de rekken is gesplitst in een drietal onderdelen. Als eerste zal de axiale richting worden behandeld, dat wil zeggen de krachten in de richting van de tunnelas. Daarna zal de tangentiële krachtswerking worden beschreven 10

16 (krachten en momenten in de ringrichting). Tot slot zullen de krachten en momenten worden bepaald zoals ze op een equivalente buigligger zouden werken. 3.5 Axiale normaalkrachten en momenten De belangrijkste waarneming bij de axiale normaalkrachten is dat de verdeling van de normaalkrachten op april 1997, als de meetring nog in het schild zit, vooralsnog de verdeling van de normaalkrachten op latere tijdstippen bepaald. Zie bijvoorbeeld pagina 46. Omdat we dit beeld bij de tangentiële normaalkrachten terug zien, lijkt het erop dat de spanningen die tijdens het monteren in de segmenten worden geïntroduceerd niet wegvloeien. Dit beeld wordt verduidelijkt als de normaalkrachten tegen de tijd worden uitgezet. Er treedt wel wat relaxatie op, maar de verdeling van de krachten blijft nagenoeg gelijk. Oftewel: waar tijdens het monteren de grootste spanningen optraden, daar vindt men veel later nog steeds de grootste spanningen. In de bijlage is op pagina s 76 tot en met 82 de tijd-normaalkracht relatie per segment te vinden. Weliswaar heeft het boorproces, meer bepaald de vijzeldrukken, een invloed op de axiale normaalkrachten, maar deze is veel kleiner dan verwacht op basis van de predicties. Een en ander wordt geïllustreerd door de figuren waar naar de krachten per segment wordt gekeken voor een klein tijdinterval. De boorperiodes zijn te herkennen als de deuken in de kracht-tijd grafiek. Merk op dat na het boorproces zowel axiale als tangentiële normaalkrachten praktisch terugveren naar de toestand voor het boren. Om de invloed van de montage op de normaalkrachten beter te begrijpen is het gewenst om het een beter beeld te krijgen van de wijze waarop de segmenten tegen elkaar aanzitten. Hiertoe dienen twee stappen te worden gezet. Ten eerste moet een uitgebreidere bepaling van de voegverplaatsingen worden uitgevoerd dan nu het geval is. In de aanbevelingen in hoofdstuk 6 wordt hiervoor een opzetje gegeven. Daarnaast moet meer inzicht worden verkregen, bijvoorbeeld door eindige elementen berekeningen, in het 3D gedrag van een voeg. De voegverplaatsingen vinden plaats aan de binnenkant van een segment en dienen voldoende representatief te zijn voor de hele voeg. Uit de figuren waarin het verloop van de axiale normaalkrachten is geplot voor het hele meetveld kan worden gehaald dat na zo n 25 m de axiale krachten nauwelijks meer worden beïnvloed door de vijzelkrachten. De lokale axiale momenten zijn de momenten in het segment als gevolg van het excentrisch aangrijpen van de drukkrachten die door de vijzels worden uitgeoefend op de tunnel. Deze ontwikkelen zich in een paar dagen tot een vrij constante waarde in de meeste doorsneden. 3.6 Tangentiële normaalkrachten en momenten Bij de tangentiële krachten treden een aantal verschijnselen op die vergelijkbaar zijn met de axiale krachten. Dit zijn: de aanwezigheid van montagespanningen die in grote mate het krachtverloop bepalen het geleidelijk aan afnemen van de invloed van het boorproces op de krachten. Na zo n 20 m is de invloed te verwaarlozen. 11

17 Ten aanzien van de invloed van het boorproces is er nog een interessante waarneming te doen: sommige tangentiële krachten nemen in absolute zin toe, terwijl andere afnemen als gevolg van het boren. Dit verschijnsel wordt nader beschreven in paragraaf Krachten en momenten op de equivalente buigligger Uit de axiale normaalkrachten in de doorsneden met axiale opnemers kan door sommeren een totale axiale normaalkracht worden bepaald, zoals die zou werken op een equivalente buigligger die geprojecteerd wordt op de as van de tunnel. Idem dito kan een buigend moment worden bepaald door de afstand van een opnemer tot de as van de tunnel mee te nemen. Het is interessant om de totale axiale kracht te vergelijken met de totale vijzelkracht. Deze figuur is in de bijlage te vinden. We zien dat er een discrepantie is tussen de twee krachten, terwijl de verwachting is dat deze ongeveer gelijk moeten zijn. Wel zien we dat de verhouding vrij constant is, namelijk Een mogelijke verklaring van deze discrepantie en daarbij behorende verhouding 1.30 ligt in de uiteindelijke configuratie van de vijzels die afwijkt van de posities die gebruikt zijn tijdens de calibratie. Deze posities waren gebaseerd op de destijds beschikbare tekeningen. Hierbij grepen de resultanten van de vijzelparen aan op 374 en 2131 mm van de linkerkant van een segment aan. De asbuilt situatie geeft voor de aangrijppunten van de resultanten 0 respectievelijk 1762 mm. Met name het feit dat er resultanten zijn die precies bij de voeg aangrijpen, maakt de spanningsverdeling in een segment wezenlijk anders. Als gevolg van de gewijzigde vijzelopstelling is de rekverdeling in de tunnel anders dan ten tijde van de calibratie. Berekeningen die in paragraaf 4.3 worden gepresenteerd geven de nieuwe rekverdeling in axiale richting. Vergelijking met de rekverdeling zoals in het calibratierapport [5] is gegeven, leert dat in nieuwe situatie een calibratiefactor zou moeten worden gehanteerd die 1.3 maal zo groot is dan eerder bepaald. Daarmee is het verschil verklaard. Als we het equivalente buigende moment vergelijken met het moment dat de vijzels uitoefenen om de as van de tunnel, dan vinden we weer de factor 1.3 terug. 3.8 Vijzelkrachten De vijzelkrachten zijn berekend aan de hand van de drukken van de pompen die de zeven vijzelgroepen aandrijven. De hamvraag is of de vijzelkrachten overeenkomen met de axiale krachten in de meetring. De beantwoording van deze vraag heeft wat voeten in de aarde en kan daarom worden teruggevonden in paragraaf

18 HOOFDSTUK 4 ANALYSE WAARGENOMEN FENOMENEN 4.1 Injecteren van grout versus drukken op de meetring Het effect van het injecteren van grout achter het schild van de tunnelboormachine op de drukken die werken op de meetring is goed te kwantificeren met behulp van de uitvoer van de drukdozen direct na plaatsing van de meetring op 3 april Figuur 6 geeft, voor de rechterhelft van de ring, het verloop van de drukken vanaf uur, 3/4/97, als alle opnemers zijn aangesloten, tot en met 2.39 uur, 4/4/97, als reeds 3 ringen na de meetring zijn geplaatst. Twee plaatsingen zijn duidelijk herkenbaar: om wordt ring 79 geplaatst, om ring 80. Door plaatsing van ring 79 komt de meetring gedeeltelijk uit het schild. Zoals uit Figuur 3 blijkt, zijn de drukdozen verspringend geplaatst. Dientengevolge zien we na slechts 3 van de 6 drukdozen een significant signaal geven. Na plaatsing van ring 80 komt de meetring geheel buiten het schild en geven alle zes de drukdozen een significant signaal. Uit de figuur valt op dat direct na plaatsen er golfjes op het druksignaal ontstaan, die na zo n 40 minuten grotendeels verdwijnen. Dit wordt veroorzaak door het grouten, waardoor de bestaande drukverdeling als gevolg van water- en gronddruk verstoord wordt. Na enige tijd wordt een evenwicht gevonden en stabiliseren de drukken zich druk (kpa) tijd (uren) Figuur 6 Drukken op de meetring, rechterhelft, direct na plaatsing meetring. Posities zijn weergegeven in graden ten opzichte van de verticaal. Meetperiode: van uur, 3/4/97 tot en met 2.39 uur, 4/4/97. Gewapend met deze kennis kan ook de plaatsing van ring 81 worden herkend. Dit is namelijk de verstoring van de gronddrukken bij 1.00 uur. De reden waarom het grouten bij ring 81 bij de meetring 13

19 nog kan worden geregistreerd is de vloeibare toestand waarin de grout zich op dat moment nog bevindt. 4.2 Correlatie vijzelkracht en axiale normaalkracht In de meeste predicties is er vanuit gegaan dat de vijzelkrachten de maatgevende belasting in axiale richting zijn. Dientengevolge moet uit de meetgegevens een sterke correlatie tussen vijzelkracht en axiale normaalkracht in de meetring blijken. Een goede graadmeter hiervoor is een periode waarin geboord wordt, kort na plaatsing van de ring. Hiertoe is de periode van uur, 3/4/97 tot en met 5.00 uur, 4/4/97 beschouwd, in welke de ringen 79 tot en met 82 zijn geplaatst. Als we de vijzelkracht in een bepaalde groep vergelijken met de axiale normaalkrachten in een corresponderende doorsnede, dan is de correlatie bij een lineaire regressie niet zonder meer goed. Figuur 7 geeft een voorbeeld van een goede correlatie tussen vijzelkracht en axiale kracht in de meetring. Echter, de volgende vijzelgroep heeft in dezelfde situatie (het plaatsen van ring 81) een slechte correlatie met de axiale normaalkrachten, zoals Figuur 8 illustreert. In t algemeen kan worden gesteld dat de correlatie op basis van lineaire regressie tussen vijzelkracht en corresponderende axiale kracht matig is. Om het effect van de afstand tussen vijzel en meetring te compenseren, zijn voor de eerste vier ringen na de meetring aparte regressielijnen bepaald. In Tabel 2 zijn de correlatiecoëfficiënten R 2 die daarbij horen weergegeven voor de linkerhelft van de meetring. Slechts in enkele gevallen wordt een correlatiecoëfficiënt van 0.90 of meer gehaald. Daarboven is pas sprake van een goede correlatie. Tabel 2 Correlatiecoëfficiënten behorende bij regressielijnen tussen vijzelkrachten en normaalkrachten in meetring. ring vijzelgroep 4 vijzelgroep 5 vijzelgroep 6 vijzelgroep o 225 o 251 o 276 o 303 o 328 o Gemiddeld gezien wordt een matige correlatie behaald. Dit heeft niets met de nauwkeurigheid van de rekopnemers te maken zoals de volgende paragraaf zal aantonen. Hier zal het verband tussen tangentiële en axiale rekken worden onderzocht. De correlatie tussen deze twee grootheden zal hoog blijken te zijn, hetgeen de kwaliteit van de rekopnemers aantoont. Een mogelijke verklaring van de matige correlatie tussen vijzelkracht en axiale normaalkracht kan liggen in het feit dat door herverdeling van krachten tussen de segmenten (bv. tangentiële dwarskrachten in de langsvoegen) het verband tussen vijzelkracht en axiale normaalkrachten zwak is. Met de huidige verdeling van de opnemers over een segment is hierover niet veel te zeggen. Hiertoe dienen in elke meetdoorsnede tenminste twee paren opnemers te worden geplaatst. Op dat moment kan een uitspraak worden gedaan over de verdeling van de spanningen in een segment. Met één paar opnemers per doorsnede is dat onmogelijk. In de aanbevelingen in hoofdstuk 6 wordt een mogelijke verdeling gegeven die in toekomstige meetringen de voorkeur verdient. 14

20 Vijzelgroep E (kn) Linear (225) Naxiaal (kn) Linear (251) y = x R 2 = y = x R 2 = Figuur 7 Correlatie tussen vijzelkracht in groep E en de corresponderende axiale krachten in doorsnede 225 en 251 graden tijdens het plaatsen van ring 81. Vijzelkracht groep F (kn) Linear (276) Naxiaal (kn) Linear (303) y = x R 2 = y = x R 2 = Figuur 8 Correlatie tussen vijzelkracht in groep F en de corresponderende axiale krachten in doorsnede 276 en 303 graden tijdens het plaatsen van ring 81. Daarnaast is het wenselijk om de vijzelkrachten continu te meten. Op dit moment zijn alleen de vijzeldrukken tijdens het boren bekend. De drukken tijdens stilstand leveren echter ook interessante informatie op. Het valt bijvoorbeeld te verwachten dat de correlatie tussen vijzelkracht en axiale kracht dan veel beter is. 15

21 4.3 Invloed van boorproces op axiale en tangentiële normaalkracht De normaalkrachten in de meetring reageren duidelijk op het verhogen van de vijzelkrachten tijdens het boren. Uit het verloop van de zowel de axiale als tangentiële normaalkrachten kunnen de boorperiodes nauwkeurig worden geïdentificeerd. Zie bijvoorbeeld de figuren op pagina s 91 tot en met 102. In deze figuren zijn de axiale plus tangentiële normaalkrachten zoals bij een segment gemeten weergegeven. De boorperiodes zijn herkenbaar in deze figuur als de plateaus in de normaalkracht-tijd relatie. Zoals verwacht nemen de axiale normaalkrachten in absolute zin toe als er geboord wordt. In de tangentiële richting treedt een opvallend fenomeen op. De normaalkrachten in het midden van een segment nemen af, terwijl op een kwart en driekwart de normaalkrachten toenemen. Met name het laatste is opvallend, omdat een vergroting van de drukken in axiale richting trek in de tangentiële richting kan worden verwacht. Om meer inzicht in dit verschijnsel te krijgen is in DIANA een lineair-elastisch twee-dimensionaal model van een segment gemaakt. Hierop zijn de vijzelkrachten aangebracht zoals ze in werkelijkheid aangrijpen. Deze situering is afwijkend van de posities die in de predicties zijn gebruikt. Uit symmetrie-overwegingen is de analyse beperkt tot een kwart segment. Er zijn twee randcondities beschouwd: de langsvoeg open dan wel gesloten. Dat wil zeggen: in het eerste geval kan de rand vrij vervormen, in het tweede geval is de verplaatsing van de rand nul. De vijzelkrachten grijpen aan op een oppervlakte van 200x200 mm 2, dit zijn de afmetingen van de triplex plaatjes die in de Heinenoordtunnel worden gebruikt in plaats van het oorspronkelijk voorziene Kaubit. Als vijzelbelasting op het model zijn twee puntlasten van 1000 kn aangebracht. Figuur 9 laat het vervormingsbeeld zien als het segment in de ringrichting vrij kan vervormen. De aangrijpvlakken van de belasting zijn duidelijk te herkennen. Om de interactie tussen vijzelkracht en tangentiële normaalkracht te begrijpen, zijn we geïnteresseerd in de rekken in de tangentiële richting in het midden van een segment, omdat de rekopnemers zich daar bevinden. Deze tangentiële rekken zijn in Figuur 11 afgebeeld. Ook is aangegeven waar de opnemer op een kwart en in het midden zich bevinden in de figuur (ε 1,2 respectievelijk ε 3,4 ). Uit de figuur blijkt dat als gevolg van het aanbrengen van vijzelkrachten inderdaad in tangentiële richting trek optreedt ter hoogte van de middelste opnemer, terwijl op een kwart druk zal ontstaan. Echter, kwantitatief klopt het beeld niet omdat Figuur 11 blijkt dat de druk op een kwart veel groter is dan trek in het midden. Het tweede model is identiek aan het eerste model, echter met de restrictie dat de langsvoegen niet kunnen verplaatsen. Het verplaatsingsbeeld van een segment wordt daardoor ook anders, zoals uit Figuur 10 blijkt. Hierdoor wordt ook de verdeling van de tangentiële rekken over de middendoorsnede anders. Zie Figuur 12. Duidelijk is het verschil tussen een open en gesloten voeg te zien. Bij de gesloten voeg is de druk op een kwart van de segmentlengte veel groter dan bij een open voeg. 16

22 Figuur 9 Vervorming van een kwart segment onder invloed van vijzelkrachten bij een vrije verplaatsing van de langsvoeg. Voor de axiale rekken kunnen soortgelijke plaatjes worden gemaakt. Aldus kunnen theoretische verhoudingen tussen de rekken van de axiale en tangentiële opnemers worden bepaald. Als ijkpunt is de axiale rek in de doorsnede met opnemers 9 en 10 (zie Figuur 4) genomen, daar hier de grootste rekken optreden. De volgende verhoudingen kunnen dan worden gevonden: open : ε ε 12, 910, = ε ε 56, 910, = 0.13, ε ε 34, 910, = -0.39, ε ε 78, 910, = 0.88 gesloten: ε ε 12, 910, = ε ε 56, 910, = 0.31, ε ε 34, 910, = -0.22, ε ε 78, 910, =

23 Figuur 10 Vervorming van een kwart segment onder invloed van vijzelkrachten bij een vastgehouden langsvoeg. 18

24 Y * 1.0E-5 7 Model: HEIN LC1: Load case 1 Element EL.EXX.G EXX Max/Min values plotted: Ymax =.676E-4 Ymin = -.222E-4 Xmax =.176E4 Xmin = 0 Variation along a line E L. E X X. G E X X X * 1.0E DISTANCE ε 3,4 ε 1,2 Figuur 11 Tangentiële rekken over de middendoorsnede bij vrij vervormbare langsvoeg. Getoond is de helft van een segment vanwege symmetrie. Y * 1.0E-5 4 Model: HEIN LC1: Load case 1 Element EL.EXX.G EXX Max/Min values plotted: Ymax =.367E-4 Ymin = -.535E-4 Xmax =.176E4 Xmin = 0 Variation along a line E L. E X X. G E X X X * 1.0E DISTANCE ε 3,4 ε 1,2 Figuur 12 Tangentiële rekken over de middendoorsnede bij vastgehouden langsvoeg. Getoond is de helft van een segment vanwege symmetrie. 19

25 Door middel van lineaire regressie zijn, aan de hand van metingen op 4 april, experimentele waarden voor bovenstaande verhoudingen bepaald. Tabel 3 bevat de resultaten, met de correlatiecoëfficiënt van de verhouding zoals gebaseerd op lineaire regressie erbij. Bij segment 4 was geen regressie mogelijk in verband met een aantal meetfouten. Tabel 3 Verhouding tussen rekken in de diverse doorsneden, gerelateerd aan de opnemers 9 en 10. Tevens zijn de correlatiecoëfficiënten van de verhoudingen, zoals bepaald met lineaire regressie, gegeven. segment ε ε 12, 910, ε ε 56, 910, ε ε 34, 910, ε ε 78, 910, ratio R 2 ratio R 2 ratio R 2 ratio R Het eerste wat opvalt is de slechte correlatie bij segmenten 1 en 7. Met name de doorsnede met tangentiële opnemers in segment 7 die direct naast de sluitsteen is gelegen, reageert nauwelijks op veranderingen in de vijzelbelasting. Het lijkt erop dat de specifieke vorm van de sluitsteen een geheel ander krachtwerkingmechanisme introduceert dan in de hiervoor beschreven modellen is aangenomen. In de volgende paragraaf zal daar nog nader op worden ingegaan. Uit Tabel 3 volgt, na vergelijking met de theoretische waarde voor open danwel gesloten voeg, een indicatie van de toestand van de voegen rondom een segment. Segment 6 lijkt open langsvoegen te bezitten. Segment 3 en 5 liggen dicht bij het model met de gesloten voeg. Tot slot, bij segment 1 en 7 geldt ander mechanisme. 4.4 Krachtomleiding In het verloop van de tangentiële normaalkrachten over de meetring is het opvallend dat in segment 7, naast de sluitsteen de normaalkracht afneemt tot vrijwel nul. Een mogelijke verklaring hiervoor is de specifieke vorm van de sluitsteen. De sluitsteen is enigszins konisch, waardoor deze bij plaatsing altijd goed zal aanliggen tegen één van de naburige segmenten. Dit heeft als consequentie dat het contact met het andere segment slecht zal zijn. Het is daarom niet ondenkbeeldig dat er tussen segment 7 en de sluitsteen een spleet bestaat, al dan niet over de hele breedte van het segment. Hierdoor kunnen tangentiële krachten niet worden overgebracht en zal de kracht om de sluitsteen heen moeten. De verdeling van de tangentiële krachten over de meetring lijkt deze hypothese te bevestigen. Van 283 tot en met 334 graden neemt de tangentiële normaalkracht geleidelijk af. Dit suggereert dat er over een zekere afstand door bijvoorbeeld wrijving met naburige segmenten van de omliggende ringen een interactie bestaat. 20

26 Bij segment 1 herkennen we een grote waarde van de tangentiële normaalkracht op 0 graden. Dit lijkt er op te duiden dat segment 1 en de sluitsteen inderdaad goed aanliggen en dat hierdoor de omgeleide normaalkracht hier weer de ring in kan duiken. Als krachtsomleiding bij elke sluitsteen optreedt, dan moet dit in de meetring terug te vinden zijn als een verhoging van de tangentiële normaalkracht ter hoogte van de sluitstenen van de naburige ringen. Voor ring 79 zit deze een half segment rechtsom gedraaid, dus op 13 graden. In ring 77 zit de sluitsteen op 64 graden. Dat betekent dat ter hoogte van doorsnede 13 o respectievelijk 64 o en de omliggende doorsneden een verhoging van de tangentiële normaalkrachten in de meetring moet worden geregistreerd als de hypothese van de krachtomleiding juist. Echter, een duidelijke verhoging vinden we niet bij de genoemde doorsneden, mogelijk vanwege interferentie met de krachtsomleiding rondom de sluitsteen van de meetring zelf. Hierdoor is het moeilijk extra aanwijzingen te vinden voor de krachtomleiding hypothese. Een mogelijkheid om meer uitsluitsel over de krachtswerking rondom de sluitsteen te krijgen is het instrumenteren van dit segment. Hierdoor kan een stukje onzekerheid in de interpretatie van de meetresultaten worden weggenomen. Voor de tweede meetring is instrumentatie van de sluitsteen daarom ook aan te bevelen. Voor toekomstige meetopstellingen in geboorde tunnels is het te overwegen om een dubbele meetring te plaatsen. Hiermee moet de interactie tussen ringen beter te kwantificeren zijn. een enkele meetring blijft het moeilijk om effecten zoals die bijvoorbeeld in deze paragraaf zijn verondersteld op te treden nader te beschrijven. 4.5 Statische belasting proef uit belasting volgwagen De boormachine wordt gevolgd door een lange constructie op wielen, de zogenaamde volgwagen. Hierop bevinden zich allerlei pompen, de besturingsruimte voor de boormeester enzovoorts. De volgwagen rust op 14 assen. Tijdens het plaatsen van een ring kan het voorkomen dat een as precies op de meetring rust. Het totale gewicht van de volgwagen is circa 260 ton, verdeeld over drie blokken. Het eerste blok zit direct achter de boor en rust op 6 assen. Het gewicht hiervan is 100 ton, een asdruk van 16.7 ton dus, exclusief de belasting door de aanvoer van segmenten. Het tweede blok weegt 100 ton en rust op 4 assen. Dat geeft een asdruk van 25 ton, exclusief het gewicht van de mortelcontainer. Het derde blok weegt 60 ton, rust op 4 assen en heeft een asdruk van 15 ton. Door middel van de verplaatsing van de voegen en geodetische deformatiemetingen kan de extra vervorming van de meetring als gevolg van de aslast worden bepaald. Uit de voegverplaatsingen is de aanwezigheid van de as niet af te leiden met voldoende correlatiecoëfficiënt. De deformatiemetingen zijn niet uitgevoerd terwijl een as op de meetring rust. Het is daarom vooralsnog niet mogelijk om uit de meetgegevens van de meetring een equivalente statische belastingproef te genereren. 21

27 HOOFDSTUK 5 PREDICTIE VERSUS METING 5.1 Krachten en momenten Een overzicht van de predicties ten aanzien van de tunnelconstructie is gegeven in rapport K De aandacht is daarbij vooral uitgegaan naar de krachtswerking in tangentiële richting. De modellen zijn daarin verdeeld in drie categorieën: 1D, 2D en 3D modellen. Deze verdeling houden we hier ook aan. Als de metingen worden vergeleken met de predicties zijn we vooral geïnteresseerd in de minima en maxima van de krachten en momenten in tangentiële en axiale richting plus de posities waar deze extremen worden gevonden. Laten we beginnen met de krachten tangentiële richting. De maximale normaalkracht (in absolute zin) wordt op 4 april 1997 gemeten rond 21.00: 2610 kn op 154 graden. Daarnaast treden grote normaalkrachten op bij 103 graden: 2460 kn op 4 april In Figuur 13 is de laatste waarde vergeleken met de predicties, daar alle predicties het maximum in de flank (90 cq. 270 o ) van de tunnel geven. Uit de figuur blijkt duidelijk dat alle modellen een onderschatting geven van de optredende normaalkrachten. Kanttekening daarbij, die ook bij de beoordeling van de voorspelde momenten geldt, is dat de belasting anders is dan waarmee is gerekend. Zie bijvoorbeeld de predicties van de drukken die in paragraaf 5.2 aan de orde komen. Bij de minimum tangentiële kracht is dat beeld nog duidelijker zoals Figuur 14 laat zien. De minimale tangentiële normaalkracht treedt op in segment 7, naast de sluitsteen (doorsnede 334 o ). De waarde bedraagt 120 kn en is gemeten op 5 april Alle modellen zitten er tenminste een factor 8 naast. Een en ander is te verklaren uit het feit dat alle modellen er vanuit gaan dat het monteren spanningsloos geschiedt. We hebben gezien dat dit in werkelijkheid zeker niet zo is. Sterker nog, het is gebleken dat de initiële spanningen als gevolg van het monteren de krachtswerking in grote mate beïnvloeden. Het is daarom niet verwonderlijk dat er bij de tangentiële normaalkrachten een discrepantie wordt gevonden tussen model en werkelijkheid. Als kanttekening wordt hier geplaatst dat de meeste modellen bedoeld zijn om de krachtswerking in het bezwijkstadium goed te kunnen beschrijven. De aanname van spanningsloos monteren is dan waarschijnlijk wel gerechtvaardigd door herverdeling van spanningen als gevolg van plastificering. Echter, uit de metingen is naar voren gekomen dat voor het gebruiksstadium, bijvoorbeeld voor het detailleren van de wapening, het meenemen van montagespanningen van belang is voor een juiste modellering. 22