MONTAGEFASE MAATGEVEND VOOR DIMENSIONERING TUNNELLINING

Transcriptie

1 ;r.c.b.m.bom, ir.h.c.w.duurland en ;r.p.sjov8oovlc, Holland Railconsult dr.lr.g.p.c. van Oosterhout, TNO Bouw Voor het berekenen van de liningvan geboorde tunnels s een aantal theorieên ontwikkeld met een grote verscheidenheid aan schematiseringen, variêrend van een enkele ring tot modellen op basis van de elndige-elementenmethode (EEM). Veel van deze theorieën gaan uit van belastingen in de eindsituatie. Uit metingen bij het proefproject 'Tweede Heinenoordtunnel'ls gebleken dat voor de dimensionering van de ining niet alleen de eindfase, maar met name de montagefase maatgevend s. Met een door Holland Rallconsult ontwikkeld driedimensionaal EEM-model is het mogelijk inzicht te krijgen n de spanningen in de ning, zowel n de montagefase als in de eindsituatie. MONTAGEFASE MAATGEVEND VOOR DMENSONERNG TUNNELLNNG COB-PRAKTJKMETNGEN EN DREDMENSONAAL EEM-LNNGMODEL De Heinenoordtunnel onder de Oude Maas heeft 2x2 rijstroken voor snelverkeer en 2x1 rijstrook voor langzaam verkeer. Om de capaciteit van deze tunnel te vergroten, wordt voor het langzaam verkeer een aparte tunnel gebouwd. De capaciteit van.de bestaande tunnel kan dan worden aangewend voor het snelverkeer. De nieuw aan te leggen tunnel, de Tweede Heinenoordtunnel, heeft een totale lengte van 1350 m, waarvan 950 m wordt geboord. n 1992 zijn door het Ministerie van Verkeer en Waterstaat twee proefprojecten aangewezen waarbij kennis en ervaring kan worden opgedaan met het boren van boortunnels met grote diameter in de zachte Nederlandse bodem: de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. Bij de Botlekspoortunnel zal eind 1998 worden gestart met boren. Bij de Tweede Heinenoordtunnel s het boren voltooid. Voor beide proefprojecten is een onderzoeksprogramma opgesteld. De uitvoering van de onderzoeken is in handen van het Centrum Ondergronds Bouwen (COB). Voor de Tweede Helnenoordtunnel ligt de concrete uitvoering van één van de vier onderzoeksthema's, 'Boren in slappe grond', bij de uitvoeringscommissie K100, ondersteund door het Projectbureau Boortunnels [1,2]. Dewerkwijze van het onderzoek is als volgt. Vooraf zijn onderzoeksdoelen vastgesteld. Voor de verschillende doelen worden voorspellingen gemaakt en metingen verricht. De resultaten worden vergeleken en geëvalueerd, waaruit conclusies worden gatrok- ken. Een onderdeel van het onderzoeksprogramma is het monitoren van de uitvoering van het proefproject en daaruit het ontwikkelen van kennis en kunde op het gebied van boren n slappe grond. Voor het onderzoeksdoel 'tunnelconstructies' zijn onder meer aan de linlng van de Tweede Helnenoordtunnel metingen verricht, waartoe door TNO Bouw twee ringen met betonnen segmenten zijn uitgerust met rekopnemers. drukdozen en verplaatstngsopnemers. Door het meten aan de tunnellining (en omliggende grond) tijdens de bouwfase en daarna, wordt kennis verzameld over het lininggedrag. De meetgegevens worden door TNO Bouw n samenwerking met Holland Railconsultgeévalueerd, waaruitinmiddels enkele hypothesen zijn opgesteld. Enkele belangrijke worden hierna besproken. Metïngenen hypothesen (3] Hypothese 1: Montagespanningen Uit de evaluatie van de metingen bleek dat spanningen als gevolg van het monteren van de segmenten, aanwezig blijven. De uiteindelijke spanningen in de!inlog worden sterk beïnvloed door deze rnontagespanntngen, n de figuren 1 en 2 zijn voor één segment (op 160 ten opzichte van de verticaal) de axiale en tangentiële normaalkrachten weergegeven in de eerste uren na plaatsing van de tweede meetring. Figuur 3 toont de gemeten normaalkrachten over de gehele tunnelomtrek. gedurende de eerste dagen na plaatsen van de meetring. CEMENT1998/9 25

2 Z..>::: c: 800 u ro >::: '- ro ra E -::1 '- 0c ~ ro 'x ro CD Axiale normaalkrachten in een segment tijdens de eerste uren na plaatsing. De aangegeven meetlocaties bevinden zich op een segment op gemiddeld 1/30 van de Tangentiële normaalkrachten in een segment (160 r,o. v. verticaal) tijdens de eerste uren na plaatsing -',..._::-::::-:.;~::::- :::\::::.. :: i grondspannlngen, waardoor de krachtsverdeling wijzigt. Figuur 3 geeft de tangentiële normaalkrachten over de gehele tunnelomtrek voor een langere periode. Deze figuur laat zien dat de montagespanningen uit de inbouwfase (deverdelingop ,17.00 uur) overde gehele omtrek aanwezig blijven. meet locaties rèkopnemars ) L spanningstrajecto rlën o Hypothetisch spanningsverloop door lokaal aanliggen van de sluitsteen Van tot uur bevond de meetring zich geheel in het schild. Daarna wordt het boorproces herstart en komt de meetring geleidelijk uit het schild met de daarbij behorende extra belasting op de ring. nfiguur 1 is goed te zien dat de axiale normaalkracht om uurtoeneemt door het aanzetten van de vijzels. Uit figuur 2 blijkt dat direct na het plaatsen van de segmenten spanningen aanwezig zijn terwijl de ring nog in het schild is, en dat in de eerste uren de tangentiële krachtsverdeling vrij constant is. Deze nagenoeg constante waarde van de normaalkrachten in de eerste uren na plaatsing wijst erop dat de initiële krachtsverdellng inderdaad door de montage van de segmenten moet zijn veroorzaakt. Eenmaal geplaatst en in het schild verandert het beeld nauwelijks, totdat de ring uit het schild komt. Op dat moment wordt de ring extra belast door grout- en Hypothese 2: Geen vlakke spanningstoestand Op basis van het gemeten krachtsverloop rondom de sluitsteen (344 ) wordt verondersteld dat de tangentiële spanningen niet gelijkmatig verdeeld door de sluitsteen gaan (fig. 4). Uit figuur 3 blijkt dat de tangentiële spanningen in de sluitsteen relatief laag zijn. Naar de sluitsteen toe wordt een afnemende grootte van de tangentiële spanningen gevonden. Hypothetisch gesproken kan dit betekenen dat spanningen lokaal worden doorgegeven door bijvoorbeeld hoekpunten of dat spanningen migreren tussen naastliggende ringen. Tangentiële normaalkrachten op verschillende tijdstippen Axiale normaalkrachten op verschillende tijdstippen 2001 > graden tov de verfkaal ~-:i~m1\/\/\' '~" ~ ti \ ü. ~ \\,.' \\..l<: V \J \" J....:z: \ 0" / \: \_0 ro : 0 0./:. / \... -v ~ i V ~1... "y: / 0- \ " c, J cl \1:$....tv ":. ~ g _1L :... \.l\ ~i.. 0 3_ :00 0 Ö \.!!! _ :00 v ~ -x- 6-11_97 8:59 J \ ÇJ 26

3 Als verklaring van dit fenomeen zijn twee hypothesen opgesteld:. plaatsingscrmauwkeurigheden van de segmenten tijdens de bouwfase;. vervormingsverschillen van reeds geplaatste en te plaatsen ringen door belastmgsverschillen tijdens de bouwtese. waardoor spanningsvertopen optreden door de geometrische opbouw: halfsteensverband, tapse sluitsteen en wrijving in de langsvoegen. Beide hebben tot gevolg dat de sluitsteen in de langsvoegen niet volledig aansluit op de naastliggende segmenten. Hypothese 3: Axiale normaalkrachten Axiale normaalkrachten n de ining ontstaan voornamelijk door de vütelkrachten uit de tunnelboormachine. Bij de eerste meetring is waargenomen dat de axiale normaalkrachten in de meetring enige relaxatie vertoonden. Ook in de tweede meetring is relaxatie waargenomen, echter met als verschil een opvallende afname van de axiale normaalkrachten in de bovenkant van de ring, terwijl deze onderin vrijwel constant blijven (fig. 5). Vergelijk daartoe de verdeling op , uur en , 8.59 uur, met name de afname van Een mogelijke verklaring kan zijn dat bij de tweede meetring, naast een mechanisme dat ook bij de eerste meetring optreedt, een tweede mechanisme aanwezig is:. Het eerste mechanisme betreft de relaxatie door axiale interactie van de lining met de omliggende grond. Dit mechanisme kan worden aangetoond door vergelijking van de som van de normaalkrachten in de lining en de totale vijzelkrachten in de tunnelboormachine (TBM). De gemiddelde totale vijzelkrachten nemen nauwelijksafin de tijd,maar de som van de axiale normaalkrachten wel.. Het tweede mechanisme betreft de excentriciteit van de som van de axiale normaalkrachten (liggermoment). Het liggermoment in de tweede meetring verandert sterk in de eerste dagen na plaatsing. Ook het (kanteljmomerrtdat de vijzels uitoefenen op de tunnel varieert sterk in de eerste dagen. Direct na plaatsing ligt de resultante van de vijzelkrachten nabij de neutrale lijn, maar na een aantal dagen ligt deze een stuk lager. Dit betekent dat axiale normaalkrachten bovenin de ringafnemen en onderin toenemen. De toename onderin compenseert daarbij de afname door relaxatie. Conclusies op basis van de hypothesen Op grond van metingen en waarnemingen en de vervolgens opgestelde hypothesen kan worden geconcludeerd datde spanningen in de ining in hoofdzaak door de volgende situaties worden veroorzaakt:. het inbouwen van een ring a. excentrische plaatsing van een vijzel op een segment; b. maatonnauwkeurigheden; c. plaatstngsonnauwkeurignelc: " excentriciteit van de som van de vijzelkrachten (kantelmoment en sturing van detbm);. belastingsverschillen tussen de ringen binnen het schild en buiten het schild tijdens de bouwfase;. belastingen Voorspelling in de eindsituatie. versus meting De conventionele modellen voor het berekenen van de ining gaan uit van de eindsituatie. Uitgangspunt daarbij is dat het monteren spanrungstoos geschiedt ende eindtoestand van de belastingen maatgevend is. Het is gebleken dat de initiële spanningen als gevolg van het monteren de krachtswerking in hoge mate beïnvloeden. Het uitgangspunt van spannlngsloos inbouwen wordt door de metingen tegengesproken. Verder gaan de modellen uit van vlakke spanningstoestanden (spanningen gelijkmatig verdeeld over de breedte van een segment) in de segrnentdoorsneees, Meetresultaten nabij de sluitsteen doen anders vermoeden. Daarnaast beschouwen de meeste modellen nimmer de invloed van de axiale spanningen. Metingen geven aan datin axiale richting spanningen optreden die invloed kunnen hebben op de spanningstoestanden in de overige richtingen. Het is daarom niet verwonderlijk dat een discrepantie wordt gevonden tussen modellen en metingen. Trompet-effect in de bouwfase TBM tunnelwand r+- staartafdichting 1 3p EEM gefaseerde liningmodeueringvan Holland Railconsult [4] Met de conventionele modellen kunnen de bij de metingen opgestelde hypothesen moeilijk worden onderbouwd. Onder meer de aanzienlijke discrepantie tussen de metingen en theoretische modellen is voor Holland Railconsultaanleidinggeweest een 3D- EEM gefaseerde linlngmodëllenng op te zetten, die spanningen en vervormingen in zowel de bouw- als eindfase driedimensionaal in beeld brengt. Bij de opbouw van hetmodel is ervan uitgegaan dat de volgende mogelijkheden voor belastingen in ieder geval aanwezig moesten. het inbouwen zijn: van een ring: a. excentrische plaatsing van een vijzel op een segment; b. en c. maatonnauwkeurigheden en ptaatsingsonnauwkeurigheden kunnen worden geschematiseerd. maar zijn (nog) geen onderdeel van de 3D-EEM modellering;. excentriciteit van de som van de axiale normaalkrachten en de situatie dat geen axiale normaalkrachten aanwezig zijn;. belastlngsverschlllen in de bouwtase, waarbij een deel van de!ining binnen het schild is en een deel van de lining wordt belast door grond-, grout- en/of waterspanningen; de grondïwatenbelastlngen in de eindfase. Verder moeten de volgende geometrische mogelijkheden zijn opgenomen: een aantal ringen, waarbij een ring is opgebouwd uit een aantal segmenten;. modelleren van de sluitsteen; segmenten van opeenvolgende ringen moeten onderling in halfsteensverband kunnen worden geplaatst; voegeigenschappen. TBM onbelaste ring-.! 2 L tunnelwand \ Lverhard grout 27

4 Modeiomschrijving Het model is geschreven in ANSYS en bestaat uit drie ringen met totaal 8100 achtknocos soud brick elementen (per knoop zes vrijheidsgraden). De grond rondom de tunnellining is geschematiseerd conform de theorie van Duddeck [5], door lineaire veren (in totaal 1418)op drievierde van de omtrek. Het toepassen van lineaire veren geeft een goede benadering van het gedrag van de tunnel indien de oedometerstijfheid van de grond ligt tussen 12 en 150 MPa. De segmenten zijn onderling verbonden door contactelementen (in totaal 576) in de langsvoegen en (in totaal 842) ringvoegen die alleen de drukspanningen kunnen overbrengen en waarvan eigenschappen onderling kunnen worden gevarlëerd, ad. hypothese 1-4,709-4,072-3, ,162-1,525-0,888-0,251 0,386 1,023 (j) Verplaatsingen in y-richung in de bouwfase (mm) Axiale spanningen in de bouwfase (knjm 2 ) ::~: mmm c:::::.l 538 fbj 'Trompet'-effect en spanningsconcentraties Conventionele ontwerpmodellen gaan vooralsnog uit van de belastingstoestand tijdens de eindsituatie van de lining. Metingen aan de Tweede Hemenoordtunnel hebben aangetoond dat de montagefase een dominante rol kan spelen in de spanningstoestand in de eindsituatie. Niet zozeer is dit van invloed op de uiterste grenstoestand. maar des te meer op de levensduur van de 1ining. Het EEM gefaseerde linlngmode! toont aan dat de montage een afdrachtmechanisme voor de belasting initieert, waarmee in de eindfase van de conventionele modellen geen rekening wordt gehouden: het zogenoemde 'trompet'-ettect (fig. 6). Te analyseren zijn de vervormingen van de segmenten in de bouwfase (fig. 7). De ring buiten het schild (ring 1in figuur 6) ondergaat aan top en zool een radiale indrukking (U~) onder invloed van voiledige grond- en waterbelasting (situatie als grout is verhard). Door deze indrukking wordt aan de volgende ring getrokken (ring 2), die op zijn beurt weer aan de ring binnen het schild (ring 3) gaat hangen. De U~uit 1wordt overgebracht naar ring 3. Ring 3 wordt, in tegenstelling tot ring 1, niet ondersteund door grond. Door de radiale indrukking aan top en zool van 3 ontstaat aan de flanken een radiusvergroting U x, Deze ractiusvergroting uit ring 3 wordt via ring 2 weer doorgegeven aan ring 1. Zo ontstaat als het ware een 'liggend-el'. 28 Uz,ri,top en zoo'! ~ zoo! ~ Uz,r3,top en zool -)- U -U -U x,r3.flank x,r2,f1ank x,r1,fl.:ank

5 De radiale indrukking aan top en zool van ring 3 is kleiner dan die van ring 1en de radiale verwijding aan de flanken van ring 3 is groter dan die van systeem radius van ring 3 is dus groter dan de systeemradius van ring 1. Omdat op do:!?:3 de vijzels aangrijpen en de vijzelkra(j:l1tf;mdoorgegeven moeten worden treedt een lokale excentriciteit op vijzelkrachten grijpen vij2:el~,ra(~htlen. De aan op de radius van ring 1maar op een grot,ere radius. Hierdoor wordt de radius 3 verder vergroot (vergelijk effect). Omdat de radius van ring 3 groter is dan van ring i, wordt gesproken van het trompet-effect. Door dit trompet-effect worden vijzelkrachten excentrisch de iningingeleid en ondergaan segmenten (kleine) rotaties om alle vrijheidsgraden. Hierdoor ontstaan (lokaal) piekspanningen (fig. 8). ad. hypothese 2 Spanningsconcentraties rondom de sluitsteen De praktijk heeft een aantal schadegevallen te zien gegeven, in en direct naast voegen. Met het EEM gefaseerde iningmodel wordt aangetoond dat ook bij ideale plaatsing van segmenten, in de voegel'1hoge piekspanningen kunnen ontstaan. " Spanningen in x-richting in de bouwfase (kn/m 2 ) Conventionele iningmodelleringen gaan uit van een vlakke spanningstoestand in segmenten in het vlak loodrecht op de tangentiële richting. Een ring met segmenten zou daardoor kunnen worden geschematiseerd door middel van staafelementen, waardoor een raamwerkberekening mogelijk wordt. Metingen aan de tunnelconstructie van de Tweede Heinenoordtunnel hebben laten zien dat de vlakke spanningstoestand, in ieder geval nabij de sluitsteen van de tweede meetring, verstoord wordt. Als verklaring van dit fenomeen zijn twee hypothesen opgesteld: onnauwkeurigheden tijdens plaatsen en vervormingsverschillen van reeds geplaatste en te plaatsen ringen. Het EEM gefaseerde iningmode! gaat uit van montage van segmenten zonder onnauwkeurigheden. Figuur 9 geeft de eerste ring weer met spanningen in de bouwfase in x-richting. Oe bouwfase onderscheidt zich van de eindfase doordat anderhalve ring met volledige grond- en waterdrukken wordt belast in plaats van drie ringen vol belast in de eindfase (conventionele modellen). -0, , ,258 _-0,212 ie!!d _ c::::::j SDi lll 0,017 Verplaatsingen in axiale richting in de bouwfase (mm) CEMENT

6 .. H Spanningsverloop 1 De sluitsteen in zelfs als geen sprake is van p\8at!;inllsljlnnau1nk(~urigheden, geen vlakke ondersteld in de colnve;intionlelebeschouwingen. De brede sluitsteenzijde laat een hogere spanning aan de buitenzijde van de steen zien dan de smalle sh.lit~enzijde. Dit wordt veroorzaakt door de geometrie vande langsvoeg, waardoor de sluit$$en en de naastiiggende segmenten niet over de gehele hoogte belastingen doorgeven (fig. 10). Binnen de sluitsteen zullen de spanningen spreiden over een zo groot mogelijke hoogte. Omdat de lengte van de smallesluitsteenzijde niet groot is, kan geen sp-reidll1gover de volledige hoogte optreden. Bij del>rede sluitsteenzij de is dit wel het geval. Persaido zal daardoor de gemiddelde spanning binnen de. spanningstrajectoriën aan de smalle sluitsteenzijde hoger zijn dan aande brede zijde. Dit impliceert geen vlakke spanningstoestand in het segment in het vlak toodreeht op de tangentiële richting. Spanningsverloop 2 n figuur 9 is het spanningsverioop in de langsvoeg tussen de sluitsteen en het naastliggende segment te zien. Nabij de hoekpunten van de segmenten lopen de spanningen op. Het in figuur 4 afgebeelde spanrungsvertoop kan hierin worden herkend. Op andere punten van de ringvoeg zijn eveneens lokaal piekspanningen waargenomen. Het oplopen van de spanningen nabij de hoekpunten en lokaal in de ringvoeg wordt veroorzaakt door de vervormingsverschihen tussen de verschillende ringen en de rotaties om atle vrijheidsgraden van de segmenten als gevolg van het trompet-effect. Deze spanningsverhogingen kunnen leiden tot schade. ad. hypothese 3 Axlafespannftlgen eltllggereffect Conventionele ontwerpmodellen meeste getallenniet gaan in de in op de axiale spanningstoestanden bij de zogenoemde rmgeerekeningen. Koppelngen tussen de ringen worden geschernaasèesd door middei van koppelstaven schatten, stijfheid. zekere, moeilijk in te is afhankelijk van de voeggeornetne, Vaak wordt ervan uitgegaan dat de berekende koppel kracht moet worden opgenomen door bijvoorbeeld een nokprindpe. De invloed en medewerking van het beton naast de nokken (het vlakke voegdeel waar wrijving kan worden a Doorsneden sluitsteen met spanningstrajectorien a. smalle zijde b. brede zijde ontwikkeld indien axiale normaalspanningen aanwezig zijn) wordt hierbij verwaarloosd. n het EEM gefaseerde 1iningmodel wordt dit effect wel in rekening gebracht. Afhankelijk van de toepassing van voegplaatjes en het type, zal de invloed en rnedewerking van het vlakke voegdeelin de ringvoeg belangrijk kunnen zijn. Oemate van belangrijkheid van het vlakke ringvoegdeel is afhankelijk van de optredende wrijvingscoëfficient ter plaatse. en de axiale normaalkracht Metingen aan de Tweede Heinenoerdturmel hebben laten zien dat bij een excentrische ligging van het zwaartepunt van de totale axiale norrneaseacht (liggermoment), een ontspanning van de axiale spanningen aan de minst gedrukte zijde van de tunneldoorsnede kan ontstaan. Deze ontspanning is na langere (meet)tijd nog aanwezig. De ontspanning heeft invloed op de maximaal te ontwikkelen wrijving ter plaatse in het vlakke voegdeel van de ringvoeg. en daarmee op het totale betastlngsatdraentmeenentsme. Met het EEM gefaseerde iningmode wordt oeexcentncitett van het normaalkrachtencentrum van de vijzelkrachten in rekening gebracht. Figuur 11 laat de invloed hiervan zien door middel van vervormingen. De onderzijde in deze figuur wordt meer ingedrukt dan de bovenzijde. De maximale wrijving zal aan de bovenzijde kleiner zijn dan aan de onderzijde van de tunneldoorsnede. Conçlusies Met het 3D-EEM gefaseerde liningmodel wordt aangetoond dat tijdens de bouwfase spanningen ontstaan die niet verdwijnen. Deze spanningen hebben een grote invloed op de uiteindelijke spanningen in de lining. Met het model worden spanningspieken voorspeld die zouden kunnen leiden tot lokale schaden, die de levensduur van de llning verkorten. Hypothesen opgesteld naar aanleiding van de metingen en de bevindingen met het model bevestigen elkaar. b... ~..~ " Het blijkt dat het in rekening brengen van de bouwfasebelastingen en de axiale spanntngscomponenten zeer belangrijk is voor een betere analyse van het constructleve gedrag van de liningten opzichte van de conventionele modellen. Met het model kan de invloed van geometneën en betastingsgevallen op het comple.xe O.limtelijkeeenstructievelininggedrag Aanbevelingen worden onderzocht. Naar aanleiding van de metingen en de bevindingen uit de 30 - EEM gefaseerde liningmodellering kunnen een aantal aanbevelingen worden gedaan: verder mode/onderzoek en metingen Met het model moet verder onderzoek worden gedaan naar het complexe ruimtelijke constructiegedrag van de lining. Verdere metingen en modelonderzoeken zullen elkaar moeten bevestigen. Hleruit moeten aanvullende conventionele, eisen worden gesteld aan de in de constructeurspraktijk gebruikelijke, modelleringen van de lining. Onderzocht moet worden of maattoleranties en plaatsingsonnauwkeurigheden dominante een invloed kunnen hebben op de optredende rnontagespennmge», Hieruit kunnen eventuele eisen worden opgesteld voor maattoleranties en pleatslngsonnauwkeurigheden (bijvoorbeeld plaatsingsprotocollen). Montagespanningen Het matigen van het trompet-effect zal de montagespanningen verminderen. Hiertoe moet ervoor worden gezorgd dat de ververmrngsverscnlüen tussen de onbelaste rinin het schild en de belaste ringen buiten het schild, minimaal zijn. vervormmgsverschillen kunnen bijvoorbeeld worden verminderd door: het ondersteunen van de ringen buiten het schild met een zogenoemde reformer; het vergroten van het aantal ringen binnen het schild (verlengen van het schild), waardoor de afstand tussen de vervormde nn-

7 gen buiten het schild en de te plaatsen '01'1- vervormde' ring in het schild wordt vergroot; '" het dikker maken van de!ining, waardoor de ringen stijver zijn en vervormingsverschillen afnemen. Verder is een voordeel dat axiale spanningen over een grotere dikte worden gespreid en daardoor de invloed ervan op het totale ruimtelijke constructiegedrag wordt verminderd. Montagespanningen van invloed op de gebruikstoestand van de lining. Scheurvorming door (lokale piek )spanningen uit de montagefase zouden kunnen worden beperkt door het toepassen van vezels in het beton. Constructiedetails Het constructiegedrag van de lining wordt sterk bepaald door het grote aantal voegen. De geometrie van de voegen en de toegepaste (lokale) voegstrippen en -platen zijn details waarmee het constructiegedrag van de liningsterk kan worden bèinvloed. Onderzocht moet worden wat de invloed is van voegen met verschillende geometrteën en van voegstrippenen -ptaten, Holland Railconsult onderzoekt op dit moment de invloed van verschillende voegplaten (zoals kaublt, triplex enz.) in de ringvoegen van de lining. literatuur 1. COB- Nieuwsbrief 3, november COB- Nieuws, nr. 10, maart Blom, C.B.M. en s.ec. van Oosterhout, Tweede-orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel, deel 1 en 2. CUR/COB-rapport Kl00-W061/065, Jovanovlc, P.S.,Three-dimensional analyses of segmented tunnel lining. Holland Rallconault, Utrecht, Duddeek, H., Empfehtungen zur Berechnung van Tunneln im Lockergestem DE LEVENSDUUR VAN TUNNELELEMENTEN VAN GEWAPEND BETON Grote bedragen wordengeinvesteerd in geboorde tunnels. De Heinenoordtunnel is de n de komende tijd volgen de Westerscheldetunnel, de HSL Groene-Harttunnel en tunnels in de Betuwelijn. Misschien zelfs een tunnel naar Schiphol-U op de Noordzee? Aan de binnenzijde worden die tunnels bekleed metgeprefabriceerde gewapend-betonelementen. Als we de vraag stellen hoe het zit met de levensduur van die bekleding, blijkt dat die elementen een praktisch onbeperkte levensduur hebben. Beton is een poreus materiaal. Onder invloed van capillaire opzuiging en van de overdruk van het grondwater (ten opzichte van de luchtdruk in de tunnel) z!jnde wanden van de tunnel na enige tijd (enkelejaren) geheel verzadigd met water. Hoe komt het dat de binnenkant van een tunnel of vaneen keldertoch droog blijft? Niet alleen visueel, maar ook bij aanraking kan de binnenwand droog aanvoelen. Bijgoede ventilatie verdampt er aan het oppervlak en in de buitenste millimeters van de dekking net iets meerwater dan er door de poriën kan worden aangevoerd. Meer nog dan door de lagere temperatuur van het grondwater blijft de wand van een geventileerde kelder koel omdat door de verdamping van vocht aan het oppervlak, de temperatuur daalt (het 'Eau de Cologne effect'). Wanneer men een gedeelte van de betonwand van een droge kelder afplakt met dampdichte folie en daardoor de verdamplngachterdefotiesettunoert, ziet men na enige tijd grote vochtplekken en zelfs waterdruppels achter de folie. Beton is in die zin niet waterdicht. Alleen de buitenste millimeters aan de binnenzijde van een constructie drogen uit. Beton dat met water is verzadigd, is echter wel dampdicht. C0 2 noch 02 kunnen de met water verzadigde betondekking passeren. Carbonatatie van tieton onder invloed van C0 2 uit de lucht in de tunnel blijft daarom beperkt tot enkele millimeters onder het oppervlak (metingen aan kelderwanden bevestigen dat). De wapeningin de tunnel elementen ligt dus aan de binnenzijde in met vocht verzadigd beton enis met de ph van rond 13,5 van normaal beton afdoende beschermd tegen corrosie. Bovendien bevat het grondwaterveei te weinig zuurstof (02) om corrosie van wapeningte onderhouden en kan door de met vocht verzadigde dekking aan de binnenzijde onvoldoende 02 uit de lucht passeren. Men zou kunnen stellen dat het beton van de tunnelelementen hoge kwaliteit heeft en zo dicht is dat het, in tegenstelling zo'n met het hiervoor gestelde, geheel impermeabel voor vocht is. Echter, in dat geval ligt de wapening aan de binnenzijde in uitdrogend droog beton. Voor het electrolytische proces van corrosie is vocht nodig. Daarom zal ook in dit, overigens onwaarschijnlijke geval, geen corrosie optreden. n beide gevallen, permeabel of impermeabel beton, is corrosie van de wapening uitgesloten. Vanaf de buitenzijde van de tunnel omdat daarvoor onvoldoende zuurstof (0 2 ) de wapening kan bereiken. Gevaarvoorwapenlngscorroste is er daarom in het geheel niet. Langjarige ervaring met kelderwanden van gewapend beton bevestigt deze conclusie. Blijft de vraag over mogelijke aantasting van het beton zelf door het grondwater. Die vraagkan men ook stellen met betrekking tot het beton in alle funderingsconstructles. Totop heden is nietgebleken dat beton in funderingen door grondwater wordt aangetast. Er is geen enkele reden om te denken dat dit in het geval van tunnelelementen wel het geval zou zijn. De conclusie: noch wat betreft corrosie van de wapening of aantasting van het beton, zijn redenen aan te voeren voor beperkingen aan de levensduur van de betonnen tunnelelementen. Eventuele bekledingen aan de binnenzijde met brandwerend materiaal en/of siertegels zullen het beton slechts beschermen tegen aantasting. Voor rubber afdichtingsprofielen geldt eveneens een nagenoeg onbeperkte levensduur, mits deze door afdekking of plaatsing zijn afgeschermd tegen ultra violetstraling door zonlicht en tegen droging (ook uitdroging onder invloed van ventilatie in de tunnel). wat de technische levensduur van het materiaal beton betreft, brengen investeringen in tunnels van gewapend beton geen risico's met zich mee. W.R. de Sitter 31