Evaluatie Tweede Heinenoordtunnel

Transcriptie

1

2 Evaluatie Tweede Heinenoordtunnel Technische, juridische en contractuele aspecten bij de bouw van de eerste geboorde tunnel in Nederland, Rijkswaterstaat directie Zuid-Holland Bouwdienst Rijkswaterstaat Tunnel Combinatie Heinenoord Centrum Ondergronds Bouwen

3 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 CaB. 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. " RWSrrCH/COB-rapport 'Evaluatie Tweede Heinenoordtunnel' CaB, Gouda, november Aansprakelijkheid CaB en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. deze uitgave behoeve Nochtans moet de mogelijkheid niet Ieder gebruik van en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker, en CaB sluit - mede ten van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt - iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien tenzij de schade mocht voortvloeien uitgave hebben meegewerkt. uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, uit opzet of grove schuld zijdens CaB en/of degenen die aan deze

4 Introductie De Tweede Heinenoordtunnel onder de Oude Maas is de eerste geboorde tunnel met grote diameter, die in Nederland is gebouwd. De tunnel bestaat uit een oost- en een westbuis van 950 m lengte, exclusief toeritten van 155 m. De inwendige diameter van elke tunnelbuis is 7,6 m, de uitwendige diameter 8,3 m. Het diepste punt van de tunnel ligt op 28 m -NAP. De aanleg vond plaats tussen 1996 en Gezien het unieke karakter van dit project is de tunnel door de minister van Verkeer en Waterstaat aangewezen als praktijkproject, samen met de Botlekspoortunnel. De status van praktijkproject houdt in dat het project tot doel had om nieuwe kennis en ervaring op te doen, zowel op technisch als op organisatorisch terrein, mede ten behoeve van toekomstige projecten. In technisch opzicht was de Tweede Heinenoordtunnel geheel nieuw: een tunnelboormachine met vloeistofondersteuning aan het boorfront, was in ons land met zijn slappe grondsoorten nog nooit toegepast. Bij het ontwerp en de uitvoering van dit praktijkproject is een schat aan kennis opgedaan die zijn en worden gebruikt voor volgende boortunnelprojecten. Om kennis op te doen over het voor Nederland nieuwe fenomeen van het tunnelboren is gebruik gemaakt van uitgebreid programma van metingen en proeven tijdens de bouw van de tunnel. Daarbij is organisatorisch extra aandacht besteed aan het coördineren van de proeven en de bouwwerkzaamheden. In dit rapport zijn kennis en ervaring die zijn opgedaan bij ontwerp en uitvoering vastgelegd. Het geheel bestaat uit 11 deelrapporten die zijn geschreven door direct betrokkenen bij de Tweede Heinenoordtunnel. Daarbij wordt een onderscheid gemaakt tussen technische en niet-technische aspecten, zoals communicatie, contractvorming en vergunningverlening. Een (boor)tunnel is tenslotte geen geïsoleerd technisch object, maar maakt deel uit van de omgeving. De diverse bijdragen in dit rapport zijn geschreven tijdens de uitvoering van de tunnel, op het moment dat de kennis 'in de hoofden' aanwezig was. Dit houdt tevens in dat sommige aanbevelingen voor toekomstige projecten gedateerd kunnen overkomen; zij moeten echter bezien worden in de context van het moment. Degenen die hun kennis op deze manier hebben vastgelegd hebben dat gedaan met de bedoeling om die kennis voor anderen toegankelijk te maken. Voor alle betrokkenen was de Tweede Heinenoordtunnel een uniek project, waarop zij met trots terugkijken. Met dit rapport wordt ook de reeks publicaties afgesloten die via het COB verkrijgbaar zijn over het project. Een volledig overzicht van de beschikbare publicaties en verschenen nieuwsbrieven is achter in dit rapport opgenomen. Achtergrond informatie over het project is ook opvraagbaar via Namens de in het praktijkproject samenwerkende partijen: Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Directie Zuid-Holland Bouwdienst Rijkswaterstaat Tunnelcombinatie Heinenoord v.o.f. (TCH) Centrum Ondergronds Bouwen (COB), ir. F.F.M. de Graaf, hoofd afdeling tunnelbouw Rijkswaterstaat

5 Inhoudsopgave evaluatie Tweede Heinenoordtunnel Introductie Korte samenvattingen Technische aspecten 1 Grondonderzoek 2 Liningontwerp en detaillering 3 Boorproces, dataproces, TBM-ontwerp 4 Dichtblok 5 Grondscheiding/grondstromen 6 Schade aan segmenten westbuis 7 Pilot project staalvezelbeton Niet-technische aspecten 8 Omgevingsmanagement: communicatie en vergunningverlening 9 Juridische aspecten 10 Contractvorming, risico-analyse, verzekeringen, organisatie en kwaliteitsborging 11 Proevenbegeleiding Literatuurgegevens COB-rapporten Tweede Heinenoordtunnel (K100)

6 SAMENVATTINGEN 1. GRONDONDERZOEK Ten behoeve van de aanleg van de Tweede Heinenoordtunnel is een veldonderzoek uitgevoerd, dat deels op het water plaatshad. Daarbij ging het om sonderingen en boringen, vin-, pressiometer- en dilatometerproeven, alsmede monopoolproeven en dichtheidsmetingen. Er zijn tevens peilbuizen geplaatst voor het registereren van stijghoogten van het grondwater. Op de monsters, verkregen uit de boringen is een grootschalig laboratoriumonderzoek verricht. Het grondonderzoek wees uit dat de grondopbouw tot NAP - 15 m zeer grillig is, met daaronder een stijve zandlaag met stijve kleilagen. Deze klei van Kedichem gaf vertraging bij het doorboren ervan en bleek in de praktijk niet altijd op de aangegeven plaats te liggen die het geotechnisch profiel aangaf. Aanbevolen wordt om in vervolgprojecten de geotechnisch adviseur in een vroeg stadium bij het ontwerp te betrekken, juist omdat het boorproces sterk afhankelijk is van de eigenschappen van de grond. Geconcludeerd wordt ondermeer, dat triaxiaalproeven soms onrealistische uitkomsten geven. Aanbevolen wordt in-situ meetmethoden ter bepaling van eigenschappen van de grond meer aandacht te geven ten koste van laboratoriumonderzoek. 2. L1NINGONTWERP EN DETAILLERING In dit deel van de evaluatierapporten worden de ontwerpuitgangspunten van de THT uiteengezet. Waar dat mogelijk was is het ontwerp vergeleken met de ervaringen tijdens de aanleg, vanuit de gedachte dat een ontwerp een voorspelling is en dat metingen en vaststellingen van schadebeelden pas toegevoegde waarde hebben als deze kunnen worden vergeleken met het ontwerp. Allereerst wordt ingegaan op de ontwerp-belastingen, zowel tijdens de bouwfase als tijdens de gebruiksfase. Ingegaan wordt op veiligheden en onveiligheden die in de schematisatie van de belasting zijn opgenomen. Tijdens de uitvoering worden twee schadebeelden geconstateerd: schade in de nok-holteverbindingen tussen de segmenten en schade aan de sluitsteen. Aanbevelingen worden gedaan om deze schaden in volgende projecten te voorkomen. Ten aanzien van de belastingschematisatie worden voor de boortunnel Groene Hart suggesties gedaan, vanuit de ontwerpervaringen van de THT en de Westerscheldetunnel. Ten aanzien van de wapening wordt geconstateerd dat de definitieve korrel- en waterbelasting uitstekend door de elementen kan worden opgenomen, maar dat belastingen tijdens de bouwfase in het ontwerpproces onvoldoende bekend waren. De proef die is genomen met staalvezelbetonnen segmenten is geslaagd. Aanbevolen wordt een combinatie van staalvezelbetonnen nokken en traditioneel gewapende segmenten te onderzoeken. Op het gebied van detaillering zijn uitgebreide proeven met de rubber afdichtingsprofielen. Om het risico van schade aan de nok-holteverbinding te verminderen, is een verbeterde detaillering van dit detail voor de Westerscheldetunnel gemaakt, die tot minder schade moet leiden. Overigens is door een vergrote speling bij de tweede buis van de THT al een beter schadebeeld ontstaan. Het ontwerp ten aanzien van duurzaamheid was bij de THT gebaseerd op een levensduureis van 100 jaar. Voor toekomstige tunnels wordt van de opdrachtnemer verlangd dat deze door middel van probabilistische berekeningen, gebaseerd op het Europese onderzoek Duracrete, aantoont dat de segmenten aan deze levensduureis voldoen. 3. BOORPROCES, DATAPROCES, TBM-ONTWERP Deze rapportage bestaat uit twee delen: de werkvoorbereiding en de uitvoering van de Tweede Heinenoordtunnel. Bij de beschrijving van de gebeurtenissen is een chronologische volgorde nagestreefd. Het boren met grote diameter, tijdens de ontwerpfase van deze tunnel een voor ons land nog onbekend fenomeen, staat in dit rapport centraal. Vanaf het ontwerp en de bouw van de tunnelboormachine zijn aannemer en opdrachtgever bij het bouwproces betrokken. Deze samenwerking in bouwteamverband, alsmede het structureel gevoerde overleg tijdens de uitvoering zijn voor de partijen goed bevallen. Het rapport geeft voorts een overzicht van grote en kleine problemen tijdens het boorproces, waaronder schade aan de betonnen lining, problemen met de staartafdichting en boorfrontinstabiliteit. Bij deze gebeurtenissen worden

7 steeds de maatregelen vermeld die zijn genomen om soortgelijke schade in de toekomst te voorkomen. Dit heeft ertoe geleid dat de tweede tunnelbuis al met aanzienlijk minder problemen kon worden geboord. In hoofdstuk 4 (conclusies) worden de gebeurtenissen nog eens beknopt op een rij gezet. 4. DICHTBLOK Bij geboorde tunnels kunnen in de start- en ontvangstschacht dichtblokken worden gemaakt om intreden van grond en water in de tunnel te voorkomen bij passage van de tunnelboormachine. Bij de Tweede Heinenoordtunnel zijn deze dichtblokken voor het eerst toegepast. Het dichtblok moet belasting afdragen op de wand van de schacht naast de cirkelvormige opening in de damwand, en tevens goed aansluiten op de wand van de schacht om lekkage te voorkomen. Hiervoor is een bepaalde sterkte nodig, maar deze moet ook weer niet te hoog zijn om overmatige slijtage aan de snijtanden van de TBM te voorkomen. In dit rapport wordt de afweging van varianten beschreven. Het uitgevoerde dichtblok is gemaakt door de met water gevulde bouwput te vullen met een lage sterkte mortel van de sterkte B5. De dichtblokken bleken goed te voldoen, zowel wat het doorboren als de waterdichtheid betreft. 5. GRONDSCHEIDING I GRONDSTROMEN Tijdens het boren van de tunnel wordt een bentonietvloeistof gebruikt voor de afvoer van de uitkomende grond. De grond en de bentonietvloeistof worden in een scheidingsinstallatie gescheiden, waarna de grond in depot wordt afgevoerd en het bentonietmengsel wordt hergebruikt. In deze rapportage wordt vastgesteld dat deze scheidingsinstallatie voldoende capaciteit had. Een probleem was wel om een goede prognose te maken van de hoeveelheden uitkomende grond. Vooraf gemaakte schattingen hiervan liepen sterk uiteen, daarom is een meetprogramma uitgevoerd om theoretische en werkelijke volumes grond te kunnen vergelijken. Bij het meten zijn diverse problemen opgetreden, reden waarom wordt geadviseerd goed rekening te houden met optredende meetonnauwkeurigheden en met defect rakende apparatuur. Het bleek niet mogelijk dit direct te constateren. De gehele grondscheiding is ook beschreven in het CUR/COB-rapport K 'Hergebruik van grond uit boortunnels'. 6. SCHADE AAN SEGMENTEN WESTBUIS Deze rapportage geeft de analyse weer van de 'schadecommissie' Tweede Heinenoordtunnel. Na een uiteenzetting over uitgangspunten voor het ontwerp en inbouw wordt ingegaan op de geconstateerde schade, die voornamelijk tijdens of direct na inbouw van de segmenten plaatsvond ten gevolge van belastingen tijdens de bouwfase. Schade aan nokholteverbindingen is hierbij belangrijk, evenals die aan de sluitsteen. Geconstateerd wordt dat de plaatsingstolerantie van de elementen klein is ten opzichte van de plaatsingsnauwkeurigheid. Aanbevolen wordt daarom in volgende projecten veel aandacht te geven aan nauwkeurige inbouw, de nok-tolerantie te vergroten en boogstralen toe te passen groter dan 700 m. Het rapport bevat tevens de resultaten van een studie naar de duurzaamheidseisen (levensduur 100 jaar) aan de lining van de tunnel. Het gaat daarbij om de invloed van de diverse vormen van schade en reparaties op de duurzaamheid. Ook wordt geconstateerd dat de dekking op de wapening in de kopvlakken onvoldoende is, dit kan binnen de gestelde levensduur wapeningscorrosie geven door chloride-indringing door dooizouten. 7. PILOTPROJECT STAALVEZELBETON Het pilotproject had tot doel 16 ringen van de westbuis uit te voeren in staalvezelbeton, als alternatief voor de overige segmenten die in traditioneel gewapend beton zijn uitgevoerd. Ten aanzien van de staalvezelbetonnen segmenten is een uitgebreide monitoring uitgevoerd op de aspecten scheurvorming, vochtplekken/lekkages en betonschade. Het bleek dat vochtplekken en lekkages, in tegenstelling tot de traditionele elementen, ter plaatse van conusgaten regelmatig optraden. Ook het aantal vochtplekken bij de ringvoegen was groter dan bij de overige segmenten. Betonschaden zijn nauwelijks opgetreden; met name bij de sluitsteen lijkt staalvezelbeton minder gevoelig voor schade. Op grond hiervan kan deze proef als geslaagd worden beschouwd.

8 8. OMGEVINGSMANAGEMENT, COMMUNICATIE EN VERGUNNINGVERLENING Bij grote infrastructurele projecten als geboorde tunnel is een goede communicatie met de omgeving van groot belang. Onder omgeving wordt hier verstaan omwonenden en locale overheidsinstanties. Bij de voorbereiding en uitvoering van de tunnel is veel geïnvesteerd in communicatie met bewoners en milieugroeperingen. Pro-actieve communicatie bevordert de acceptatie en kan latere bedenkingen en bezwaarschriften bij vergunningverlening voorkomen. Deze open houding werpt ook zijn vruchten af bij de vergunningverlening door provinciale en locale overheden. Het vormen van projectgroepen met betrekking tot vergunningen, waarin alle betrokkenen waren vertegenwoordigd, bevorderde de lntorrnatleuitwisseling en gaf duidelijkheid over de verschillende verantwoordelijkheden en bevoegdheden. 9. JURIDISCHE ASPECTEN De bouw van de eerste geboorde tunnel in Nederland was aanleiding om te onderzoeken of de bestaande wetgeving knelpunten oplevert voor het ondergronds bouwen. Tevens worden in dit deel de vergunningen en contracten beoordeeld op juridische gronden. Beschouwd worden het privaatrecht, het milieurecht, het ruimtelijk bestuursrecht (waaronder de woningwet) en het bouwrecht. Bij het milieurecht komt onder meer de provinciale vergunningverlening krachtens de Ontgrondingenwet en de Grondwaterwet aan de orde. Ook wordt aandacht besteed aan de klassieke waterstaatswetgeving.. Bij het aannerninqsrecht wordt ingegaan op het 'Design and build-contract tussen RWS en de aannemingscombinatie TCH. Een bijzonder aspect hierbij was de risico-verdeling tussen ontwerpende aannemer en opdrachtgever bij dit praktijkproject. Duidelijk wordt dat standaardcontracten, zonder aanpassingen, niet goed gebruikt kunnen worden om op design and build-contracten te worden toegepast. 10. CONTRACTVORMING, RISICO-ANALYSE, VERZEKERINGEN, ORGANISATIE EN KWALITEITSBORGING In dit document komen vooral organisatorische aspecten rond de Tweede Heinenoordtunnel aan de orde: contract(vorming), risico-analyse en -beheersing, organisatie en kwaliteitsborging. Gezien het bijzondere karakter van de THT als proefproject met de eerste geboorde tunnel met grote diameter in Nederland, spreekt het vanzelf dat bovengenoemde organisatorische aspecten bij dit project van nog groter belang zijn dan bij traditionele bouwwerken. Na een voorgeschiedenis van de voorbereiding van deze tunnel, wordt ingegaan op risicoanalyse, die bij een design and construct project als dit een grote rol speelt. De risico-analyse vormt de basis voor het ontwerp- en bouwcontract. 11. PROEVENBEGELEIDING De Tweede Heinenoordtunnel is als eerste geboorde tunnel en als praktijkproject van groot belang om kennis en ervaring op te doen over het boorproces zelf en de invloed daarvan op de omgeving. Het doen van proeven tijdens de aanleg is daarvoor een unieke gelegenheid. De uitgevoerde proeven bij de aanleg van de tunnel waren tevens een potentiële bron van conflicten, omdat het doen van proeven de voortgang van het bouwproces kon belemmeren. Deze tegengestelde belangen werden reeds in een vroeg stadium onderkend en heeft geleid tot het instellen van een coördinatiecentrum met drie proevenbegeleiders. Deze hadden tot taak de proeven in te passen in het bouwproces, waarbij als randvoorwaarde gold dat het nemen van proeven geen stilstand van het boorproces mocht veroorzaken. Bij dit coördinatiecentrum waren de volgende partijen betrokken: Bouwdienst RWS, TCH en COB/K 100. Bij de evaluatie is vastgesteld dat deze proevenbegeleiders hun nut bewezen hebben. Ook kwam naar voren dat aanvankelijke afstemmingsproblemen verminderden doordat partijen meer begrip en belangstelling voor hun wederzijdse doelstellingen kregen.

9 1 GRONDONDERZOEK Datum: Opstellers: 7 januari 1999 H.R.E. Dekker S. van Baars 1-1

10 INHOUD 1. INLEIDING, VELDONDERZOEK LABORATORIUMONDERZOEK ADVISERING VOOR ONTWERP EV AL UATIE Veld-en laboratoriumonderzoek Geotechnische informatie LITERATUUR,

11 1. INLEIDING In de eerste helft van 1994 is een grondonderzoek uitgevoerd ten behoeve van het ontwerp van de Tweede Heinenoordtunnel. Het grondonderzoek heeft bestaan uit veld- en laboratoriumproeven. Op basis van de verkregen resultaten zijn ontwerpparameters geadviseerd. In deze evaluatie worden eerst de uitgevoerde proeven kort samengevat. Vervolgens wordt in hoofdlijnen aangegeven hoe de proefresultaten zijn gebruikt voor het adviseren van de ontwerpparameters. Hierop volgt de evaluatie en wordt nader ingegaan op zaken die in het vervolg anders zouden moeten worden aangepakt. 1-3

12 2. VELDONDERZOEK In eerste instantie zou de Tweede Heinenoortunnel een traditioneel afgezonken tunnel worden. In verband hiermee is in 1990 een vooronderzoek uitgevoerd, waarbij 21 sonderingen en 5 boringen zijn uitgevoerd. Afgezien van het feit dat deze niet alle in het tracé vielen, was dit onderzoek uiteraard te beperkt van omvang. Het in 1994 uitgevoerde veldonderzoek [1] omvatte: 107 sonderingen (waarvan 18 op het water) 18 boringen (waarvan 3 op het water) 4 vinproeven 3 pressiometerproeven 6 dilatometerproeven 2 monopoolproeven dichtheidsmetingen in 2 verticalen in de rivierbodem plaatsen van 5 peilbuizen en registreren stijghoogten Sonderingen en boringen zijn alom bekende verkenningstechnieken. Deze gaven niet alleen een beeld van de opbouw van de ondergrond, maar dienden ook voor het bepalen van parameters via correlaties (sonderingen) en het verkrijgen van monstermateriaal voor laboratoriumonderzoek door middel van boringen. De vinproef is gebruikt om de (ongedraineerde) schuifsterkte van klei enjof veen te bepalen, door de kracht te meten die nodig is om een vin in de grond rond te draaien, conform NEN Pressio- en dilatometerproeven zijn uitgevoerd om de in-situ stijfheid van de ondergrond te bepalen. Bij de pressiometerproef wordt een cilindrische cel in een boorgat gebracht, waarvan de mantel vervolgens door middel van vloeistofdruk, naar buiten wordt geperst. Bij de pressiometerproef wordt een soort spade in de grond gebracht, waarin een membraan is opgenomen die middels gasdruk naar buiten wordt gedrukt. Voor beide proeven geldt dat op basis van de gemeten druk en vervorming van cel respectievelijk membraan, de elasticiteitsmodulus van de ondergrond kan worden bepaald. De monopoolproeven zijn gebruikt om in-situ de waterdoorlatendheid van zandlagen te bepalen. Met een sondeerstang wordt een sonde weggedrukt, waarin via een filter een constant debiet de grond in wordt gepompt. Door op twee andere niveaus op de sonde de waterdrukken te meten, kan een doorlatendheid worden bepaald. Met behulp van de dichtheidsmetingen is de dichtheid van de zandlagen boven de tunnel bepaald in het gedeelte onder de rivier. Hiertoe wordt het elektrische geleidingsvermogen van grondmassief en grondwater bepaald met behulp van een sondeerconus, voorzien van twee sets elektroden. Via calibratie in het laboratorium wordt de dichtheid afgeleid. 1-4

13 3. LABORATORIUMONDERZOEK Op de monsters die uit de boringen zijn verkregen is een groot aantal proeven c.q. onderzoeken verricht: 124 volumegewichtbepalingen van monsters 58 volumegewichtbepalingen van meters Begemannboring ca. 100 classificatieproeven (watergehalte, porositeit etc.) 79 bepalingen van de korrelverdeling 56 bepalingen van de plasticiteitsindex 23 samendrukkingsproeven 24 CU-triaxiaalproeven 16 CD- triaxiaalproeven 22 bepalingen van de activiteit van kleimonsters (volgens Skempton) enkele bepalingen van de humus- en kalkgehalte, ph-waarde, rondheid van de zandkorrels en max/min dichtheid. Bovengenoemde bepalingen van volumegewicht, watergehalte, porositeit etc. zijn gebruikt voor het bepalen van de korrel spanningen. Deze spanningen vormden de basis voor het bepalen van de grondsterkte. De sterkteparameters van de grond werden bepaald met de triaxiaalproeven. Korrelverdelingen, rondheid van de zandkorrels, activiteit van kleimonsters enz. zijn van belang geweest voor het boorproces en het scheidingsproces grond-bentoniet. Hierbij moet ook gedacht worden aan de slijtage van de snijtanden, de kwaliteit van de bentonietsuspensie en de uitlevering van de grond; dit laatste is van belang voor de opslag in depot. De activiteit van klei speelt een rol bij het risico van verkleven de TBM. van de klei aan het snij rad van 1-5

14 4. ADVISERING VOOR ONTWERP Op basis van de uitgevoerde sonderingen en boringen, hebben geologen geotechnische lengteprofielen voor het oost- en westtracé vervaardigd, alsmede 5 dwarsprofielen. Aangezien hierbij veel interpretatie ruimte is, is specifieke geologische kennis van groot belang. Opgemerkt wordt dat het verloop van de lagen, die qua gesteldheid en eigenschappen gelijkwaardig zijn, van groot belang is voor het opzetten van berekeningen en het sturen van het boorproces op hoofdlijnen. Zoals verwacht, werd een zeer grillig verloop van grondlagen geconstateerd. In dit gebied heeft in het verleden de rivier veel invloed gehad. Op talloze plaatsen werden opgevulde geulen aangetroffen. De holocene lagen, tot een diepte van ca. NAP -15 m, bestaan uit opgebracht zand, klei en slappe klei- en veenlagen. Beneden dit niveau wordt een stijve zandlaag aangetroffen met daarin stijve kleilagen (laag van Kedichem). Uit een historisch en geologisch onderzoek is niet gebleken dat er grote obstakels in de grond voorkomen, zoals scheepswrakken, bommen, boomstammen, zwerfkeien en dergelijke. De ontwerpparameters zijn bepaald voor de noordoever, de zuidoever en het gedeelte onder de oude Maas. In deze gebieden zijn de sondeerresultaten statistisch bewerkt. Hiermee is de spreiding van de conusweerstand per grondlaag bepaald. Op basis hiervan is ook de spreiding in grondparameters bepaald, voor zover er een correlatie bestaat tussen conusweerstand en grondparameter. Tevens zijn in deze gebieden alle resultaten van laboratorium- en veldproeven verzameld en vergeleken met de resultaten van deze correlaties. Bij het bepalen van de verwachtingswaarde van een parameter heeft uiteraard ervaring een belangrijke rol gespeeld. Er vindt duidelijk een interpretatieslag plaats. Bovendien moet worden nagegaan voor welk rekenmodel een parameter wordt gebruikt. Per model kan voor eenzelfde parameter het gebruik van verschillende waarden noodzakelijk zijn. 1-6

15 5. EVALUATIE 5.1 Veld- en laboratoriumonderzoek In het algemeen kan worden gesteld dat het uitgevoerde grondonderzoek adequaat is geweest. Het aantal uitgevoerde sonderingen en boringen was voldoende. De elektrische dichtheidsmetingen bleken achteraf niet nodig. Aanvankelijk werd gedacht dat de dichtheid van de zandlaag boven de tunnel van belang zou zijn om de gevoeligheid voor piping na te gaan. Later bleek hiervoor geen geschikt model voorhanden te zijn en werd het risico voor piping beperkt door een stringente controle tijdens de uitvoering. Voor de gevoeligheid ten aanzien van piping behoeven deze proeven niet meer te worden uitgevoerd. Voor los gepakte zanden kan deze meting echter wel zinvol zijn. De dichtheid geeft dan, in combinatie met de resultaten van andere proeven, een beeld van de verwekingsgevoeligheid van zandlagen tijdens het boren. De inzet van in-situ technieken om stijfheid en waterdoorlatendheid te bepalen, zijn zeer waardevol gebleken. De resultaten zijn consistent en leveren meer informatie op dan alleen het gebruik van correlaties met de conusweerstand of laboratoriumproeven. Met name de in het laboratorium uitgevoerde sterkte- en stijfheidsmetingen (triaxiaalproeven) leverden teleurstellende resultaten op. Doordat veel uitkomsten buiten het ervaringsgebied vielen en sterk afweken van de waarden uit tabel Ivan NEN 6740, zijn deze grotendeels terzijde gelegd. Het verdient aanbeveling in de toekomst meer in-situ proeven te doen voor het bepalen van de stijfheid en de doorlatendheid van de grond. Overigens is ook bij andere projecten geconstateerd dat triaxiaalproeven tot niet-realistische uitkomsten leiden; een voorbeeld is een cohesie die veel groter dan nul was voor zand. Geadviseerd wordt om zeker op zand geen (CD)triaxiaalproeven te doen, om de <p-waarde te bepalen. Uit correlatie met de conusweerstand kan deze voldoende betrouwbaar worden bepaald. Ook triaxiaalproeven op cohesieve monsters (CU-proeven) leveren geen betrouwbare waarden op voor sterkte- en stijfheidsparameters en kunnen beter achterwege worden gelaten. De ongedraineerde schuifsterkte kan bepaald worden met de vinproef (in-situ meting) of uit correlaties met de conusweerstand. Voor de lange duur sterkte van klei en veenlagen zal volstaan moeten worden met tabel luit NEN 6740 of "ervaringsgegevens". Voor het bepalen van de stijfheid in-situ kan ook gekozen worden voor het uitvoeren van conepressiometerproeven. Deze hebben het voordeel dat ze gecombineerd kunnen worden met sonderingen. De pressiometerproeven zijn bovendien veel minder uitvoeringsgevoelig dan de traditionele pressiometerproef die alleen in cohesieve grond met succes kan worden uitgevoerd. Voor de stijfheidsbepaling van zandlagen is de dilatometerproef met succes toegepast. Het is echter een proef die niet erg gangbaar is. Bovendien is de interpretatie van de meetresultaten van deze proef nogal omslachtig. Het voordeel van de conepressiometerproef is dat deze in elke grondsoort eenvoudig kan worden uitgevoerd. 1-7

16 In het gedefinieerde grondonderzoek was één dubbele 13-uursmeting in een peilbuis opgenomen. Achteraf bleek dat een meting in één peilbuis onvoldoende is om de communicatie tussen de pleistocene zandlagen en de rivierwaterstand voldoende te kunnen analyseren. Vervolgens zijn op beide oevers aanvullende metingen in twee peilbuizen verricht, die voor dit doel geplaatst zijn. Het feit dat het getij van de Oude Maas zich ook voortplant in de zandlagen onder en naast de rivier, maakt dat deze metingen van groot belang zijn voor het ontwerp en de uitvoering van een boortunnel. Aanbevolen wordt om in het algemeen: peilbuizen te plaatsen op beide oevers in alle watervoerende lagen en op een zodanige afstand van de rivier dat getij-invloeden vrijwel nihil zijn; hiermee kan een indruk worden verkregen van de natuurlijke variatie in de grondwaterstand; peilbuizen te plaatsen op beide oevers nabij de rivier, in de watervoerende de rivier; laag juist onder in een vroeg stadium te starten met peilbuiswaamemingen, zodat ten minste informatie over één jaar wordt verkregen. In het totaal moeten in situaties waar sprake is van voortplanting van het getij in de te doorboren zandlaag, in het totaal 4 dubbele 13-uursmetingen, simultaan in twee peilbuizen op beide oevers, worden uitgevoerd. Hierdoor wordt een goed beeld verkregen van de communicatie tussen de rivier en de te doorboren zandlaag onder de rivier. Bij de Tweede Heinenoordtunnel is de noodzaak hiertoe aanvankelijk onvoldoende onderkend. 5.2 Geotechnischeinformatie Voor het vervaardigen van de geotechnische profielen is in hoofdzaak gebruik gemaakt van de sonderingen die om de 25 m (op het land) of om de 50 m (op het water) zijn gemaakt. Ondanks de zorg waarmee de profielen zijn vervaardigd, kan het werkelijke verloop van de scheidingsvlakken tussen de diverse grondlagen aanzienlijk afwijken van hetgeen is getekend. Op sommige plaatsen kunnen afwijkingen optreden van vele meters, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van een oude geul die met zand is opgevuld. De beide geotechnische profielen lenen zich uitstekend voor het globale ontwerp en de globale sturing van het boorproces. Op de plaats waar het "leermoment" van de blow-out is opgetreden, blijkt echter een aanzienlijk verschil te bestaan tussen het oostelijk en het westelijk geotechnisch profiel. Dit impliceert dat plaatselijk de variatie in het verloop van het scheidingsvlak tussen de voorkomende grondlagen, nogal groot is. In feite blijkt een tweedimensionale weergave hier tekort te schieten. Een continue driedimensionale weergave is in dergelijke situaties noodzakelijk. Wellicht kan hierbij in de toekomst gebruik worden gemaakt van geofysische verkenningstechnieken [5]. Bij het opzetten van het grondonderzoek voor de Tweede Heinenoordtunnel waren deze technieken nog in ontwikkeling. In de praktijk wordt nogal eens vergeten dat het getekende profiel "slechts" een benadering is en wordt het teveel als "de waarheid" gezien. Voor kritieke doorsneden zou echter altijd detailonderzoek plaats moeten vinden. Door de geotechnisch adviseur meer bij ontwerp en 1-8

17 uitvoering te betrekken, kan de noodzaak hiertoe tijdig worden gesignaleerd. Tevens zou deze adviseur een rol moeten spelen bij het beoordelen van risico's die in grote mate worden bepaald door de specifieke geotechnische situatie. Met name voor boor tunnels geldt dat er een zeer sterke interactie is tussen grond en constructie, zodat geotechnische adviseur en constructeur nauw samen moeten werken. Gedurende de uitvoering van het project hebben zich vooral problemen voorgedaan bij het doorboren van de klei van Kedichem. De locatie van deze laag bleek in werkelijkheid soms af te wijken van hetgeen was aangegeven op het geotechnische profiel. Bovendien werd in de klei van Kedichmen een veel hogere wrijving ondervonden dan verwacht. De voortgang van het boorproces in de Kedichemklei lag dan ook aanzienlijk lager dan in het zand van de Kedichemformatie. Hierbij speelde de vorming van kleiballen ook een belangrijke rol. Deze verstopten de afvoeropening voor de bentonietslurry aan de voorzijde van het schild. Bovendien gaf de klei in de scheidingsinstallatie de nodige problemen. Het is dus van belang exact te weten waar deze kleilagen voorkomen. Voor de diverse grondparameters zijn, per deelgebied, de verwachtingswaarden en de waarden met 5 % onder- en overschrijdingskans gepresenteerd. De spreiding in deze parameters is, voor zover mogelijk, bepaald op basis van de spreiding in de gemeten conusweerstanden in een grondlaag. Deels is de spreiding ook gebaseerd op ervaring. Bij een review van de geotechnische aspecten van het ontwerp, waarbij ook het grondonderzoek is beschouwd [4], is hierover opgemerkt dat door de wijze van presenteren de indruk wordt gewekt dat de waarden zijn gebaseerd op statistische analyses van het laboratoriumonderzoek. Tevens wordt gesteld dat de wijze waarop de combinatie van proefresultaten en ervaring heeft geleid tot de uiteindelijk geadviseerde waarde van de diverse parameters, ondoorzichtig is. Als algemeen punt is in deze review opgemerkt dat een beschouwing over de relaties tussen risicovolle gebeurtenissen, rekenregels, parametergrootten en proefresultaten ontbreekt. Dit had in de definitiefase van het grondonderzoek moeten gebeuren. Een dergelijke beschouwing had wellicht geleid tot meer sonderingen in het traject onder de Oude Maas. Met name voor dit traject is het vanwege het blow-out gevaar van groot belang de laagopbouw boven de tunnel goed in beeld te brengen. Opgemerkt wordt dat zeer plaatselijke verstoringen vrijwel nooit worden ontdekt; ook niet met veel meer sonderingen. Als die verstoringen door menselijk handelen zijn veroorzaakt, zal dit uit een historisch onderzoek moeten blijken. Samenvattend kunnen de volgende aanbevelingen voor de toekomst worden geformuleerd: De geotechnische adviseur van de opdrachtgever dient in een vroeg stadium bij het project te worden betrokken om gedurende de ontwerp- en uitvoeringsfase een adviserende rol te vervullen, vooral waar het gaat om risico's die een relatie met de grond hebben. De inzet van geofysisch onderzoek moet worden meegenomen bij het opstellen van een plan voor grondonderzoek. De nieuwe technieken moeten gericht zijn op het verkrijgen van een continu beeld van de ondergrond, bij voorkeur 3D. De toepassing van in-situ meetmethoden ter bepaling van de relevante eigenschappen van de grond, dient meer aandacht te krijgen Dit ten koste van laboratoriumonderzoek. Met het meten van grondwaterstanden dient in een zeer vroeg stadium te worden gestart. 1~9

18 LITERATUUR 1. Intern document: Veldonderzoek Tweede Heinenoordtunnel, Grondmechanica Delft, CO /75, 15 september Intern document: Laboratoriumonderzoek Tweede Heinenoordtunnel, Grondmechanica Delft, CO /80, 10 oktober Intern document: LVT Heinenoord, Grondparameters voor tunnelberekening, Grondmechanica Delft, CO /65, Intern document: Review geotechnische aspecten geboorde Tweede Heinenoordtunnel, Gemeentewerken Rotterdam, /A, 19 januari CDR-rapport 'Beslissingsondersteunend systeem voor mariene geofysische verkenningstechnieken', CDR, Gouda, 2000 (zie ook

19 2 LININGONTWERP DETAILLERING EN Datum: Opstellers: 2 februari 1999 G. Kooijman E.H. Negen J. Ruitenberg E.J. Sonke 2-1

20 INHOUD 1. INLEIDING BELASTINGEN OP TUNNELEMENTEN In het ontwerp gehanteerde belastingen Belastingsgevallen Niet beschouwde belastingsgevallen in het ontwerp Veiligheden liningberekening Onveiligheden liningberekening Ervaringen tijdens aanleg, Schadeanalyse : Nokbelasting Sluitsteen~ Aanbevelingen REKENMODELLEN Ontwerpfase Uitgangspunten Vertaling 3D-probleem naar 2D-probleem Beddingsschematisatie 2, Belastingschematisatie Suggesties ten aanzien van modellering Boortunnel Groene Hart Westerseheldetunnel WAPENING Ontwerpaspecten wapeningsbepaling Ervaringen tijdens de bouwfase Aanbevelingen DETAILS Ringvoeg : Kaubit versus triplex Afdichtingsprofiel / Datwylerprofiel Detaillering nok-holte Boutverbinding DUURZAAMHEID Ontwerpfase Ervaringen tijdens de uitvoering Aanbevelingen ten aanzien van duurzaamheid Betonsamenstelling Ontwerpfase Ervaringen in de uitvoeringsfase

21 6.4.3 Aanbevelingen 2-21 LITERATUUR

22 1. INLEIDING In dit deel van het evaluatierapport Tweede Heinenoordtunnel (THT) wordt ingegaan op het liningontwerp en de detaillering. De algemene lijn van evaluatie is gebaseerd op het feit dat "een meting (hoe is het gerealiseerd?) slechts toegevoegde waarde heeft als hij kan worden vergeleken met een voorspelling (hoe was het ontwerp?)." Dit is aangegeven in onderstaande figuur. Op basis van deze evaluatie worden conclusies getrokken en aanbevelingen gedaan ten nutte van andere boortunnelprojecten in Nederland. Gezien het feit dat het ontwerp van de Westerscheldetunnel en het referentie ontwerp van de boortunnel Groene hart reeds zijn afgerond, zijn ontwerpervaringen met deze tunnels meegenomen in deze evaluatie. Hoe is het ontworpen? VOORSPELLING Hoe is het daadwerkelijk gerealiseerd? ERVARING METING OF Conclusies en aanbevelingen EVALUATIE 2-4

23 2. BELASTINGEN OP TUNNELEMENTEN 2.1 In het ontwerp gehanteerde belastingen In het ontwerp van de Tweede Heinenoordtunnel (THT) zijn de volgende belastingen en belastingscombinaties meegenomen: Belastingsgevallen Voor de bouwfase zijn de volgende belastingen onderzocht: De kracht waarmee de vijzels in de TBM zich afzetten tegen de reeds geplaatste lining: Hierbij is rekening gehouden met de bedrijfslast van kn en de maximale vijzelkracht van kno In de bouwfase blijken de vijzelkrachten gemiddeld kn te bedragen. De groutdruk op de lining: Er wordt gerekend met een overdruk van 0,1 bar op de gronddrukken (druk van 1.5 bar voor een doorsnede met een geringe waterdruk en 3 bar voor een doorsnede met een maximale waterdruk). De groutdruk is als een constante belasting om de tunnel beschouwd en het hydrostatische deel is weggelaten. NB. Er zijn nog geen voorschriften waarin getalsmatig is vermeld welke bouwfase-belastingen moeten worden aangehouden. In DIN 1045 en de Empfehlungen Tunnelbauwerke im Lockergestein worden bouwfasebelastingen als aandachtspunt gememoreerd, maar niet gespecificeerd. In gebruiksfase zijn de volgende belastingsgevallen meegenomen: Eigen gewicht tunnel Gronddruk Waterdruk Gelijkmatig verdeelde verkeerslast Tweezijdig ongelijkmatige verkeerslast Ongelijkmatige verkeerslast direct boven de tunnel Eenzijdige ongelijkmatige verkeerslast Gelijkmatig verdeelde last van een gezonken schip Eenzijdige ongelijkmatige last van een gezonken schip Ontgraving (1.5m*1.5m) t.b.v. graven kabel Temperatuursbelastingen, krimp en kruip van beton zijn niet maatgevend, omdat de vele voegen deze spanningen in de segmenten verhinderen, gezien in lengterichting van de tunnel. Dit geldt niet voor de ringrichting. Verder zijn in de berekeningen nog aanvullende belastingsgevallen beschouwd: Een voorvervorming gegeven aan het systeem volgens de Empfehlungen wo=r/200. Dit getal is bepaald door ervaring en kan worden vergeleken met de imperfectie van een pendelstaaf. Breuk van 1 nok 2-5

24 Vergroot grondgewicht in de kritische doorsnede. Belastingen als gevolg van verplaatsing van de segmenten. Brandbelasting: voor de Tweede Heinenoordtunnel gold dat de kosten van het aanbrengen van een brandwerende bekleding groter waren dan het risico van het afspatten van een gedeelte van de betonnen wand (risico=kans*gevolg). Er is een berekening gemaakt voor alleen de eindsituatie waarin wordt aangetoond dat de tunnelring stabiel blijft na afspatten van de dekking en het verloren gaan van de binnenste wapening. Daarbij is uitgegaan van een brand volgens de standaard brandcurve (ISO-brandcurve) gedurende een uur. Er is gerekend met een gescheurde doorsnede. Er is niet gerekend met een temperatuursgradiënt over de wand tijdens de brand Niet beschouwde belastingsgevallen in het ontwerp In de liningberekeningen zijn de volgende belastingsgevallen tijdens de uitvoeringsfase niet of beperkt beschouwd: wiellasten van de trailers op het tunnelliningdeel waarvan de groutomhulling nog niet is verhard; meenemen van druk op lining uitgeoefend door de staartdichting; onvolledige groutvulling rondom de lining; het raken van de TBM aan de lining; het verlaten van de ring uit het schild Veiligheden liningberekening De veiligheden hieronder hebben louter betrekking op krachten, er wordt niets gezegd over de veiligheden ten aanzien van vervormingen, omdat hiervoor geen eisen zijn vermeld in de normen. NB. Aannamen die gunstig werken op de krachtswerking, kunnen juist weer ongunstig werken op vervormingen. Voor het liningontwerp is een overall-veiligheidsfactor toegepast (groot 1,75, volgens DIN1045), die is ingevoerd bij de bepaling van de segmentafmetingen en de wapening. Vervolgens bevatten de aannamen ten aanzien van belasting, de schematisering van de bedding en het vaststellen van de grondparameters nog veiligheden, die nauwelijks afzonderlijk zijn te bepalen. Belastingsschematisatie volgens S&D er wordt met een primaire spanningstoestand gerekend Schulze en Duddeck [1]. Er wordt niet gerekend met wrijving in de ringvoegen. Deze wrijving is er echter wel door de aanwezigheid van de triplexplaat jes en reduceert de dwarskracht in de nokverbinding. De langsvoegen worden berekend als zijnde een volledig scharnier. Dit is echter niet het geval, de langsvoegen kunnen een (beperkt) moment opnemen waardoor het maximale moment wordt gereduceerd. Het scharnier is in de schematisatie als een punt aangenomen, terwijl het in werkelijkheid een bepaalde breedte heeft waardoor het een beperkt moment kan opnemen. Doordat de langsvoegen niet volledig scharnieren wordt de constructie stijver en zal deze meer moment aantrekken, dus de volledige scharnieren zijn ten opzichte van de optredende momenten gunstiger. 2-6

25 Er wordt een minimum wapeningspercentage in de segmenten toegepast. Het benodigde wapeningspercentage dat volgt uit de berekeningen is kleiner. De doorsnede is niet volledig uitgenut; deze kan meer normaalkracht opnemen dan vereist is. De beddingsveren worden in de 3D raamwerkberekeningen op de cirkelpunten aangenomen. In werkelijkheid is de bedding uitgesmeerd langs het hele segment. Nokberekening: de over te brengen dwarskrachten in de nokken worden ingevoerd als puntbelastingen, terwijl de nok in werkelijkheid een bepaalde breedte heeft. Voor de invoer van de grondparameters zijn de 5%-karakteristieke waarden gehanteerd. Hierbij is te allen tijde de ongunstige grens aangehouden. De veiligheidsfilosofie die wordt toegepast is gebaseerd op elastische vervorming. De breukzekerheid is echter veel groter, want de tunnelmantel stort zelfs na het optreden van plastische scharnieren niet in, omdat hoekverdraaiingen tot uitvlakking van de gronddruk leiden met als gevolg verkleining van de momenten Onveiligheden liningberekening De sluitsteen is niet meegenomen in de schematisatie. De werkelijk optredende momenten zijn groter dan de berekende momenten. Indien gerekend wordt met rechte staven in plaats van kromme staven worden 2 e orde momenten geïntroduceerd. 2.2 Ervaringen tijdens aanleg Schadeanalyse Tijdens de aanleg van de west-buis van de Tweede Heinenoordtunnel heeft de Schadecommissie onderzoek verricht naar de oorzaken van tijdens de aanleg opgetreden schades. De bevindingen van de Schadecommissie zijn vastgelegd in het rapport: 'Schade aan de segmenten van de west-buis van de Tweede Heinenoordtunnel' [2]. In het onderzoek kwam naar voren dat een essentieel belastingsgeval niet was meegenomen in de detail engineering. Het betrof hier de bouwfase toestand dat één ring al buiten het schild zat en volledig werd belast door grout- en waterdrukken terwijl de ring die zich nog net binnen het schild bevond nog niet wordt belast. In deze situatie bleken de grootste koppelkrachten te ontstaan, die maatgevend zijn voor het ontwerp van de nokken. Het bleek dat de nokken, theoretisch, deze belasting niet konden opnemen. Er trad dan ook vaak schade op aan de nok of de holte van het segment waarin de nok aangreep. Na aanleg van de eerste buis werd duidelijk dat de definitieve korrel- en waterbelasting uitstekend door de elementen konden worden opgenomen. In het ontwerpproces is slechts zeer beperkt stil gestaan bij de inbouwen het daarbij behorende krachtenspel. Door de Schadecommissie is een rapport opgesteld waarin de schadebeelden zijn verwoord. De twee meest voorkomende schadegevallen waren schade nabij de sluitsteen: het afbreken van de betonnen schollen van de elementen naast de sluitsteen en het afbreken van de holte waarin de deuvels aangrijpen. De volgende conclusies kunnen worden getrokken: 2-7

26 2.2.2 Nokbelasting De nokken zullen dikwijks niet sterk genoeg zijn om de groutbelasting op het segment te kunnen keren. Dat hoeft normaal gesproken ook niet, want deze belasting wordt als het goed is afgedragen via de tangentiële normaalkracht in de segmenten (boogwerking van de ring). Hiervoor zijn drie vermoedelijke oorzaken aan te geven: 1. duwen van de staartafdichting op de segmenten; 2. extra belasting op de segmenten door plaatsing van de sluitsteen; 3. wegvallen boogwerking bij combinatie van segmentplaatsing en langsvoegkier. Uit proefnemingen op nok-holte verbindingen van segmenten van de 2 e Heinenoordtunnel blijkt dat niet de nokken zelf bezwijken, maar de holte waarin ze worden weggedrukt. De nok is dus sterker dan de holte. De groutbelasting is een orde groter dan de sterkte van de nokken. Daarnaast is er echter ook nog wrijving aanwezig in de ringvoegen. Deze wrijvingskracht is niet de gehele tijd aanwezig. Voor het plaatsen van de segmenten van de volgende ring worden steeds drie vijzelgroepen compleet ontlast. De wrijvingskracht komt hierdoor tijdelijk volledig te vervallen, zodat de nok toch sterk overbelast kan raken. Voor het voorkomen van schade aan deuvels zijn de theoretische oplossingen: 1. meer speling houden tussen nokken en holte; 2. de ring nauwkeuriger opbouwen (geen kieren) ; 3. geen nokken gebruiken Sluitsteen De sluitsteen heeft bijzondere afmetingen. Ten eerste is de sluitsteen niet zo groot als de overige segmenten. Ten tweede loopt de sluitsteen vaak, van voor naar achter, taps toe, zodat deze gemakkelijk op zijn plaats kan worden geschoven. De lengte van de sluitsteen is dan aan de achterzijde veel minder dan aan de voorzijde. Ten derde zijn de voegen, van boven naar beneden, niet taps toelopend, ofte wel naar het centrum van de tunnel gericht, maar lopen deze in radiale richting evenwijdig aan elkaar. Hierdoor kan de sluitsteen zichzelf niet vastdrukken. De groutbelasting op de sluitsteen moet, of door wrijving in de langsvoeg, of door de messing en tevens contactvlak van de sluitsteen worden overgedragen. De vraag is dan ook of tijdens het grouten deze belasting reeds kan worden gedragen. Er wordt immers ook van bovenaf geïnjecteerd. Dit betekent dat de belasting al aanwezig kan zijn terwijl er nog onvoldoende groutdruk aan de zijkanten is om de tangentiële normaalkracht (in ring richting) voor de wrijving op te bouwen. Alle krachten komen dan op de messinggroefverbinding (verbinding sluitsteen met aanliggende segment), wat leidt tot schade aan het aanliggende segment door het afdrukken van schollen beton. Tijdens het grouten kan er een probleem zijn indien er in ringrichting nog niet voldoende normaalkracht is ontwikkeld, door onvoldoende groutdruk aan de zijkanten van de tunnel. De volgende verbeteringen op dit gebied kunnen zijn: 1. Niet alleen dichtbij de sluitsteen grouten, maar ook de zijkanten van de tunnel 2-8

27 2. Staal vezel beton gebruiken in plaats van gewoon beton 3. Detail messing-groefverbinding aanpassen 4. De langsvoeg van de sluitsteen net als alle segmenten in de richting van de tunnelas laten wijzen, 2.3 Aanbevelingen Voor de Westersehelde boortunnel is de belasting ten gevolge van een gezonken schip aangehouden, als uniforme bovenbelasting op "maaiveld" en als a-symmetrische belasting op maaiveld meegenomen. Dit belastinggeval is beschouwd in combinatie met de "basis"- belastinggevallen (eigen gewicht, grond- en waterdruk, temperatuur en aanvulling inwendig). De bijbehorende overall-belasting factor is 1,5. Deze combinatie is voor vele krachten maatgevend gebleken en moet altijd als randvoorwaarde worden meegenomen. Uiteraard moet de belasting worden afgestemd op de voor de situatie geldende scheepsgrootte. Verder gold dat het effect van het meenemen van de temperatuurbelasting gering is, maar niet verwaarloosbaar. De invloed van de explosiebelasting is gering. Het levert met name een reductie van de ringnormaaldrukkracht; echter dusdanig beperkt dat dit in de meeste gevallen niet maatgevend is. De dwarskracht is echter wel zeer groot en zou zonder aanvullende beschouwing maatgevend zijn. Belastingen ten aanzien van de eindfase die niet zijn meegenomen in het ontwerp, maar die de discipline tunnelbouw zinnig acht om in het vervolg alsnog te beschouwen: brandbelasting: Hierbij moet over het door de brand belaste tunnelgedeelte, boven rijvloer, een temperatuurgradiënt over de betondoorsnede worden bepaald, die volgt uit de brandbelasting. Een en ander is uiteraard afhankelijk van het type tunnel, verkeer categorie I of anders, trein, metro of anderszins, en eventueel toe te passen hittewerende bekleding. Aandachtspunten voor de constructieve beschouwing zijn: temperatuursafhankelijke eigenschappen van beton en wapening; in rekening te brengen elasticiteitsmodulus van het (gescheurde) beton: hoe groter hoe ongunstiger; optredende/toelaatbare betondrukspanningen; optredende/toelaatbare hoekverdraaiingen van de langsvoegen; Uit een inventariserend onderzoek is gebleken dat met name dit laatste een belangrijk aspect is. Ten gevolge van de temperatuurgradiënt ontstaan grote verdraaiingen. ondergelopen tunnel: Deze belasting zou zowel in de bouw fase als de eindfase moeten worden beschouwd. Het belangrijkste aandachtspunt hierbij is dat ten gevolge van het wegvallen van een groot deel van de ringnormaaldrukkracht de buigende momenten kritischer worden. Met name bij tunnels onder open water kan dit belastinggeval maatgevend zijn. Voor beide belastinggevallen dient rekening te worden gehouden met een reductie van de overall belastingfactor (bijvoorbeeld 1,0). 2-9

28 3. REKENMODELLEN 3.1 Ontwerpfase Uitgangspunten In de ontwerpfase is van het volgende uitgegaan: 1. Een polygoonring bestaande uit 28 staven (7 segmenten met 4 staven). 2. Scharnieren als voegverbinding tussen de segmenten polygoonringen die in elkaar vallen koppel staven per segment vast punt om draaien te voorkomen. 6. Verende bedding die de grondreactie schematiseert, in kruin graden beddingloos Vertaling 3D-probleem naar 2D-probleem De interactie tussen twee tunnelringen wordt van drie dimensionaal naar een twee dimensionaal probleem geschematiseerd. Dit gebeurt door de aanliggende tunnelring 2 een iets kleinere diameter te geven dan tunnelring 1 en te plaatsen binnen tunnelring 1. De tunnelringen 1 en 2 worden met elkaar verbonden door koppelstaven, die de karakteristieken hebben van de kaubit die tussen de tunnelringen aanwezig wordt verondersteld. De koppelstaven mogen alleen normaalkracht overbrengen. Bij een nokverbinding zijn er per segment 2 nokken aanwezig. Het aantal toegepaste koppelstaven is gelijk aan de toegepaste hoeveelheid nokken Beddingsschematisatie In het raamwerkmodel wordt de grond rondom de lining van een boortunnel geschematiseerd door veren waarvan de veerconstante gelijk is aan de beddingsconstante van de grond. Afhankelijk van de grondsoort worden slappere of stijvere veerkarakteristieken ingevoerd. De opbreekberekening dient gemaakt te worden om na te gaan of er voldoende dekking op de tunnelkruin ligt om een bedding over de tunnelkruin te mogen schematiseren. De radiale veerstijfheid is gelijk aan: krad= Eoed.eq/ rn Voor de beddingsschematisatie zijn de volgende aannamen gedaan: 1. Voor de beddingwaarde van iedere grondlaag wordt de onderschrijdingswaarde van 5 % van het grondonderzoek genomen. 2. Er wordt alleen een radiale bedding toegepast. 3. In de kruin en aan de zijkanten worden geen trekbeddingen toegestaan, echter aan de onderkant van de tunnel wel; dit hangt af van de vervormingen van de ring. NB. De trek in de veren onderin mag niet groter zijn dan de opwaartse waterkracht. 4. Bij breedovale vervorming mag geen bedding worden aangebracht over een hoek van Bij hoogovale vervorming mag onder voorwaarden een beperkte bedding worden aangebracht over een hoek van