Tweede orde evaluatie boortechnologie 1 e passage Meetveld Zuid

Transcriptie

1 Tweede orde evaluatie boortechnologie 1 e passage Meetveld Zuid CUR / COB K-100 Evaluatie boortechnologie Traject IV : Meetveld Zuid K100 - W DEFINITIEF TEC / FUGRO

2 Titel en sub-titel: Evaluatie boortechnologie Traject IV: Meetveld Zuid Datum rapport: januari 1998 Schrijver(s): ir B.F.J. van Dijk ir H.J. Lengkeek Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: K100-W-069 Projectleider(s) opdrachtnemer: ir. E.A.H. Teunissen document nummer: K100-W-069 Projectbegeleider opdrachtgever: drs. W. van Schelt Projectbegeleider opdrachtnemer: ir E.A.H. Teunissen Naam en adres opdrachtnemer: TEC Postbus AS Veenendaal Naam en adres opdrachtgever: CUR/COB Postbus AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: Onderhavige rapportage heeft betrekking op de 2 de orde evaluatie voor de eerste passage van Meetveld Zuid van de Tweede Heinenoordtunnel. Binnen de hoofdgroep 'Boortechnologie' zijn twee evaluatie-clusters te definiëren: - Stabiliteit boorfront - Effectiviteit boorproces Per onderdeel is de predictie opnieuw uitgevoerd indien noodzakelijk, gebaseerd op actuele gemeten parameters tijdens het boren. Vervolgens zijn de predicties vergeleken met de metingen. Dit is gedaan voor een 'gemiddelde' ring, ring 547 en voor het gehele meetveld, waarbij tevens naar extreme waarnemingen is gekeken. Uit de evaluatie volgt een aantal conclusies met betrekking tot de voorspellende waarde van de predicties. Tevens wordt een aantal aanbevelingen voor het uitvoeren van aanvullende metingen voor het verbeteren van het meetprogramma gedaan. Relationele rapporten: K100-W-057, K100-W-058, K100-W-068 Trefwoorden: tunnel, boren, boortechnologie Verspreiding: COB-commissie K100 Classificatie: Intern COB rapport Classificatie deze pagina: Nee Aantal blz: 75 Prijs: Versie Datum Namens opdrachtnemer Paraaf Namens opdrachtgever Paraaf concept II december 1997 ir. E.A.H. Teunissen drs W. van Schelt definitief januari 1998 ir. E.A.H. Teunissen drs W. van Schelt

3 Title and sub-title: Evaluatie boortechnologie Traject IV: Meetveld Zuid Date report: january 1998 Author(s): ir B.F.J. van Dijk ir H.J. Lengkeek Type report: Interim-report Reportnumber contractor: K100-W-069 Project manager(s) contractor: ir. E.A.H. Teunissen report number: K00-W-069 Project attendant principal: drs W. van Schelt Project attendant contractor: ir. E.A.H. Teunissen Name and address contractor: TEC P.O. Box AS Veenendaal The Netherlands Name and address principal: CUR/COB P.O. Box AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary of report: This report contains the second order evaluation for the first passage of the Southern Measurement area for the 'Tweede Heinenoordtunnel'. Within the research topic Tunnelling technology the following clusters were defined: -Stability of the drilling front; -Effectivity of the drilling proces. For each subject in these clusters the prediction has been carried out again if necessarily, based on parameters measured during the construction. Then the predictions are compared with the measurements. This has been done for an 'average' ring, ring 547 and for the whole measuring area, where also special attention was given to extreme data. From the evaluation a number of conclusions is drawn with regard to the predictional value of the prediction models. Next to that a number of recommendations are made concerning the execution of extra measurements to improve the measuring program for the passage of the other measuring areas. Relational reports: K100-W-057, K100-W-058, K100-W-68 Keywords: tunnelling, boring, boringtechnology Distribution: COB committee K100 Classification: Internal COB-report Classification this page: No Number of pages: 75 Price: Version Date On behalf of contractor Initials On behalf of principal Initials concept II December 1997 ir. E.A.H. Teunissen drs W. van Schelt final January 1998 ir. E.A.H. Teunissen drs W. van Schelt

4 Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar worden gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. "Rapport K100-W-069 Praktijkonderzoek boortunnels K100, Evaluatie boortechnologie, Traject IV: Meetveld Zuid definiteif I, januari 1998, CUR/COB, Gouda". Aansprakelijkheid CUR/COB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en CUR/COB sluit, mede ten behoeve van al diegenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.

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

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

7 INHOUD SAMENVATTING 9 SUMMARY 11 NOTATIES 13 1 INLEIDING Algemeen Bodemgesteldheid ter plaatse van de Tweede Heinenoordtunnel Boortechnologie Tunnelconstructie Onderzoeksdoelen, meetprogramma en relatie met de predicties Strekking van dit rapport Relatieve en absolute druk Dichtheidsmetingen 16 2 PREDICTIES Algemeen Stabiliteit van het boorfront Krachtenbalans van de TBM in axiale richting Krachtenbalans van de TBM in tangentiële richting Drukverdeling in de mengkamer Effectiviteit van het boorproces Slijtage van de snijelementen Effectiviteit pompen en leidingen 17 3 METINGEN Algemeen Meetinstrumentarium Metingen en diagrammen Nauwkeurigheid van de metingen Meetcampagne Traject I 18 4 EVALUATIEPROCEDURE Algemeen Relatie tussen onderzoeksdoelen, metingen en predicties Predicties en evaluaties Evaluatiemethode 19 5 EVALUATIE RING Keuze ring Grondspanningen en frontdruk Stabiliteit boorfront Krachtenbalans TBM in axiale richting Krachtenbalans TBM in tangentiële richting Effectiviteit boorproces Slijtage van de snijelementen Effectiviteit van pompen en leidingen 56 6 EVALUATIE VOLLEDIG MEETVELD ZUID Algemeen beeld totale meetveld zuid Beschouwing grafieken 64 7 EXTREME WAARNEMINGEN TIJDENS DE PASSAGE VAN HET GEHELE MEETVELD 70 8 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Conclusies stabiliteit boorfront Frontdruk 71

8 8.1.2 Axiale krachtenbalans Tangentiële krachtenbalans Drukverdeling mengkamer Waterspanningen Conclusies effectiviteit van het boorproces Slijtage snijelementen Pompen en leidingen Conclusies evaluatie volledige meetveld Aanbevelingen volgende meetveld Aanbevelingen voor de eerste orde evaluatie Aanbevelingen m.b.t. de inzet tijdens de volgende meetvelden Aanbevelingen uitvoeren postdicties 75 LITERATUUR 76

9 SAMENVATTING Het boren van grote diameter tunnels ten behoeve van weg- of railverkeer is in Nederland nog niet eerder uitgevoerd. Wel is elders in de wereld een groot aantal van dergelijke tunnels gebouwd, maar niet of nauwelijks in bodemomstandigheden zoals deze in West-Nederland worden aangetroffen, namelijk relatief slappe grond met een hooggelegen grondwaterstand. Vanuit een algemene onderzoeksbehoefte is door CUR/COB commissie K100 een aantal concrete onderzoeksdoelen geformuleerd, waar de metingen en experimenten bij twee praktijkprojecten (de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel) een antwoord op beogen te geven. In grote lijnen staan de volgende onderzoeksonderwerpen centraal: - Boortechnologie - Tunnelconstructie - Geotechniek - Trillingen In dit rapport zullen meetresultaten en predicties met betrekking tot het onderzoeksonderwerp 'Boortechnologie' met elkaar worden vergeleken. Het doel van de evaluatie is: - Door middel van een evaluatie antwoord verkrijgen op de onderzoeksvragen/ -doelen in het Instrumentatie- en Meetplan (rapport K100-01); - Door middel van een evaluatie beoordelen van modellen voor ontwerp- en wetenschapsdoeleinden; - Door middel van een evaluatie beoordelen van de functionaliteit van het meetinstrumentarium. Het evaluatieproces is opgedeeld in drie niveaus: - 1 ste orde: totale evaluatie t.b.v. het evaluatie rapport; - 2 de orde: tussen evaluatie t.b.v. een goede afstelling en eventueel bijstelling van het instrumentarium; - 3 de orde: snelle evaluatie t.b.v. noodprocedures. Onderhavige rapportage heeft betrekking op de 2 de orde evaluatie voor de eerste passage van Meetveld Zuid van de Tweede Heinenoordtunnel. Binnen de hoofdgroep 'Boortechnologie' zijn twee evaluatie-clusters te definiëren: - Stabiliteit boorfront - Effectiviteit boorproces Per onderdeel is de predictie opnieuw uitgevoerd indien noodzakelijk, gebaseerd op actuele gemeten parameters tijdens het boren. Vervolgens zijn de predicties vergeleken met de metingen. Dit is gedaan voor een 'gemiddelde' ring, ring 547 en voor het gehele meetveld, waarbij tevens naar extreme waarnemingen is gekeken. 9

10 De belangrijkste conclusies van de evaluatie zijn: - De toegepaste frontdruk komt ongeveer overeen met de neutrale gronddruk. - De kracht op de snijradvijzels wordt voor het grootste deel veroorzaakt door de bentonietdruk op het lagerhuis (70%). - De wandwrijving in tangentiële richting is klein ten opzichte van het snijradkoppel. Het grootste deel van het snijradkoppel zal derhalve via de vijzels op de tunnellining worden overgebracht. - De dichtheid in de mengkamer is redelijk homogeen en hoger dan in de werkkamer. - De waterspanningsmeter in klei laat een ongedraineerd gedrag zien. - De gemeten opvoerhoogte van de aan- en afvoerleiding wijken erg af van de predicties. De oorzaak hiervan wordt vooralsnog toegeschreven aan meetonnauwkeurigheden. 10

11 SUMMARY Up till now tunnelling with large diameters for road or rail transportation has never been done in the Netherlands. Elsewhere in the world a large number of such type of tunnels have been constructed, but very seldom in soil conditions like those that can be found in the Western part of the Netherlands. The soil in the Western part of the Netherlands is relatively soft and contains a high ground water level. For research purposes CUR/COB committee K100 has formulated a number of research topics. For these research purposes in situ measurements and experiments will be carried out during the construction of two tunnels (the 'Tweede Heinenoortunnel' and the 'Botlekspoortunnel'). The research consists of the following topics: - tunnelling technology - tunnel construction - geotechnics In this report results of measurements will be compared with the predictions regarding the research topic tunnelling technology. The purposes of the evaluation are: - to get an answer on the research questions in the report 'Instrumentatie- en Meetplan' (report K100-01); - to evaluate moddels for design and scientific purposes; - to evaluate the instrumentation for their specific use. The evaluation proces is devided into three levels: - first order evaluation: total evaluation for the final evaluation report; - second order evaluation: inbetween evaluation for an inbetween check and if necessarily to adjust the measurement instrumentarium; - third order evaluation: quick evaluation for emergency procedures. This report contains the second order evaluation for the first passage of the Southern Measurement area of the second Heinenoordtunnel. Within the research topic Tunnelling technology the following clusters were defined: - Stability of the drilling front; - Effectivity of the drilling proces. For each subject in these clusters the prediction has been caried out again if necessarily, based on parameters measured during the construction. Then the predictions are compared with the measurements. This has been done for an 'average' ring, ring 547 and for the whole measuring area, where also special attention was given to extreme data. 11

12 The most important conclusions of the evaluation are: - The frontpressure applied is approximatly equal to the neutral ground pressure. - The force on the cutterwheel jacks is induced mostly by the bentonite pressure on the cutterwheel. - The friction of the shield in tantential direction is small compared to the momentum of the cutterwheel. The greatest part of the momentum of the cutterwheel will be induced by the main jacks on the tunnellining. - The density in the mixing chamber is homogeneous and higher than the density in the working chamber. - The waterpressuremeter in clay measures an undrained behaviour of the water pressure. - The measured meters of head of the bentonite pipes differ very much from the predictions. This is probably caused by inaccurate measurements. 12

13 NOTATIES α meshoek ( ) β schuifvlakhoek ( ) γw soortelijk gewicht water (1000 kg/m 3 ) δ wrijvingshoek tussen staal en zand ( ) φ stijghoogteverschil (m) φ gemiddelde onderdruk * (m) P drukverschil over de grond (kpa) ξ verliesfactor ρaan dichtheid bentonietaanvoer (kg/m 3 ) ρaf dichtheid bentonietafvoer (kg/m 3 ) ρb,aanv dichtheid van de bentonietaanvoer (kg/m 3 ) ρgrond dichtheid van de grond (kg/m 3 ) ρk dichtheid toegevoegde korrels (kg/m 3 ) ρw dichtheid van water (1000 kg/m 3 ) σ' h horizontale korrelspanning (kpa) σ' v verticale korrelspanning (kpa) σcav grondwater spanning waarbij cavitatie optreedt (kpa) σfront frontdruk (kpa) σw waterspanning (kpa) τ schuifspanning langs de wanden (kpa) τw optredende schuifspanning aan de rand van de leiding τw;min minimaal benodigde schuifspanning om bodemtransport mogelijk te maken φ hoek van inwendige wrijving van de grond ( ) ΦTb dimensieloze transportparameter (-) ΨT genormeerde schuifspanning (-) ω rotatiesnelheid snijrad ( /s) b t beitel- c.q. mesbreedte (m) C 1 constante (-) C 2 constante (-) c v transportconcentratie (%) d diameter van de zandkorrels (m) D diameter van de TBM (m) d 15 korrelgrootte die door 15 gewichtsprocenten wordt onderschreden (m) d korrel korreldiameter van het vervoerde zand maximale korreldiameter waarbij plug-flow nog kan optreden d max F drukschot kracht op het drukschot F grondprop de axiale kracht door verdringing van de grondprop (kn) F hoofdvijzels axiale kracht op de hoofdvijzels (kn) F mantel,max maximale wandwrijving (kn) F overcutters de axiale kracht op overcutters (kn) F snijelementen de axiale kracht op snijelementen front (kn) F snijelem,tang kracht op de snijelementen in tangentiële richting (kn) F snijradvijzels bovenbeschreven axiale kracht op het snijrad (kn) F staart axiale kracht op de staartafdichting (kn) F staartafdichting axiale kracht op de staartafdichting (kn) f undr ongedraineerde schuifsterkte (kpa) 13

14 f w verweringsconstante (mm/m/kpa) F wrijving de maximale axiale wrijvingskracht (kn) F z,tbm axiale zwaartekrachtcomponent op de TBM (kn) F z,volg axiale zwaartekrachtcomponent op de volgtrein (kn) g versnelling van de zwaartekracht (9,81 m/s 2 ) G TBM gewicht TBM (kg) H appendage verlies in appendage (terugslagkleppen e.d.) (kpa) H bochten bochtverlies (kpa) H dynamisch drukverlies door stroming (kpa) H instroom instroomverlies (kpa) h s snijdiepte (m) H statisch statische druk over de leiding (kpa) H totaal totale opvoerhoogte van de pomp (kpa) H uitstroom uitstroomverlies (kpa) H v materiaalhardheid (Vickers) H verlies drukverlies door aanwezigheid van bochten, instroming, etc. (kpa) k doorlatendheid (m/s) k 1 gemiddelde doorlatendheid (m/s) K a gronddruk coëfficiënt van de actieve gronddruk (-) k max doorlatendheid van het gedilateerde zand (m/s) K n coëfficiënt van de neutrale gronddruk (-) k o doorlatendheid van het ongestoorde zandbed (m/s) K p gronddruk coëfficiënt van de passieve gronddruk k slurry doorlatendheid van de grond voor de slurry (m/s) k water doorlatendheid van de grond voor water (m/s) L lengte van boorschild (m) L contactdruk (kpa) n in-situ porositeit (-) N c coëfficiënt afhankelijk van de cohesie (-) n los maximale porositeit (-) n max maximale porositeit (-) n o in-situ porositeit (-) N q coëfficiënt afhankelijk van de hoek van inwendige wrijving (-) n vast in-situ porositeit (-) p cav grondwater spanning waarbij cavitatie optreedt (kpa) p s frontdruk (kpa) q specifiek debiet (m/s) R straal TBM (m) R c straal van het centrum van het snijrad (m) R h hydraulische straal van de afvoerleiding (m) r n straal van het snijelement tot as TBM (m) S sleepafstand (m) t tijd (s) t 1 tijd tussen twee mespassages (s) T front snijkoppel snijelementen front (knm) T grondprop koppel door verdringing van de grondprop (knm) T overcutters snijkoppel overcutters (knm) T snijelementen sommatie van snijkoppels (knm) 14

15 T totaal totale aandrijfkoppel (knm) T wrijving,max maximale koppel mantelwrijving (knm) u voortgangssnelheid (m/s) u cr kritieke stroomsnelheid (m/s) v optredende stroomsnelheid in de leiding (m/s) v s snijsnelheid (m/s) W v slijtage (mm 3 ) x afstand afgelegd door TBM (m) x afstand tot het boorfront (m) x Bingham maximale indringingsdiepte (m) x Newton afstand tot het boorfront (m) 15

16 1 INLEIDING 1.1 Algemeen Dit rapport is geschreven als een aanvulling op het evaluatie rapport voor meettraject I (K100- W-058). Zoveel mogelijk is getracht dezelfde inhoudsopgave aan te houden, waarbij veelvuldig is verwezen naar het K100-W-058 rapport. Voor de evaluatie zelf zijn in verband met de leesbaarheid de predictieformules opgenomen. Verder wordt verwezen naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.2 Bodemgesteldheid ter plaatse van de Tweede Heinenoordtunnel Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.3 Boortechnologie Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.4 Tunnelconstructie Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.5 Onderzoeksdoelen, meetprogramma en relatie met de predicties Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.6 Strekking van dit rapport Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.7 Relatieve en absolute druk Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 1.8 Dichtheidsmetingen De dichtheidsmetingen worden nu wel op een juiste wijze verwerkt en weergegeven in de grafieken en zijn gebruikt voor deze rapportage. De onzekerheden in de dichtheidsmetingen zoals vermeld in rapport K100-W-058 zijn daarmee opgelost. 16

17 2 PREDICTIES 2.1 Algemeen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 2.2 Stabiliteit van het boorfront Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf Krachtenbalans van de TBM in axiale richting Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf Krachtenbalans van de TBM in tangentiële richting Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf Drukverdeling in de mengkamer Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 2.3 Effectiviteit van het boorproces Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf Slijtage van de snijelementen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf Effectiviteit pompen en leidingen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 17

18 3 METINGEN 3.1 Algemeen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 3.2 Meetinstrumentarium Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 3.3 Metingen en diagrammen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 3.4 Nauwkeurigheid van de metingen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. De TBM metingen zijn gepresenteerd in rapportage K100-W Meetcampagne Traject I Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 18

19 4 EVALUATIEPROCEDURE 4.1 Algemeen Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 4.2 Relatie tussen onderzoeksdoelen, metingen en predicties Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 4.3 Predicties en evaluaties Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. De TBM metingen zijn gepresenteerd in rapportage K100-W Evaluatiemethode Verwezen wordt naar rapportage K100-W-058, zelfde paragraaf. 19

20 5 EVALUATIE RING Keuze ring 547 Voor de tweede orde evaluatie van een gemiddelde ring is het boren van ring 547 gekozen om de volgende redenen: - de meeste predicties zijn uitgevoerd voor een ring ergens halverwege Meetveld Zuid. Ring 547 ligt iets voor het midden van het Meetveld en kan derhalve worden gebruikt om predicties te vergelijken met de metingen; - bij ring 547 is continu geboord en er komen geen extreme waarnemingen voor in de grafieken; - Bij ring 547 is volgens het logboek van Rijkswaterstaat geboord met overcutters. Het effect van de overcutters kan derhalve worden meegenomen in de evaluatie. 5.2 Grondspanningen en frontdruk Op basis van de diepteligging van de as van de TBM bij ring 547 en de parameterset voor de predicties is voor ring 547 de verticale en de horizontale grond-, korrel- en waterspanning bepaald. Volgens de predicties is de grondwaterstand circa NAP +0,3 m. De afwijking van deze waarde ten gevolge van de getijbeweging is circa 0,6 m. De as van de TBM lag halverwege het boren van ring 547 op circa NAP -13,21 m. In tabel 8 staan per grondlaag de verticale korrelspanningen weergegeven. 20

21 Tabel 8. Korrelspanningen voor ring 547. laag o.k. laag (m NAP) soortelijk gewicht droge grond γd (kn/m 3 ) soortelijk gewicht natte grond γn (kn/m 3 ) verticale grondspanning σgrond (kpa) waterspanning σwater (kpa) verticale korrelspanning σv' (kpa) maaiveld +2, zand ophoging +0, , A -1,8 16,5 19, B -2,4 17,0 17, ,4 16,5 16, ,0 17,0 20, ,6 13, ,7 17, ,7 13, (18) -10,6 19, as TBM -13,21 20, ,1 20, ,1 18, ,0 20, De K o -waarde is bepaald op basis van de hoek van inwendige wrijving. De actieve en passieve gronddrukcoefficienten zijn bepaald m.b.v. tabel 1.12 uit het Polytechnisch zakboekje. Volgens rapport K is de frontdruk te voorspellen volgens: Formule 5.1. waarin: σfront frontdruk (kpa) K a gronddruk coëfficiënt van de actieve gronddruk (-) σ' v verticale korrelspanning (kpa) σw waterspanning (kpa) Met behulp van de parameterset voor de predicties is voor ring 547 de frontdruk voorspeld. Hierbij is een K a van 0,23 aangehouden. Met deze waarden wordt de frontdruk circa 171 kpa. De druk aan het boorfront is bepaald met behulp van de drukopnemers van Herrenknecht (HK) in de werkkamer en in de mengkamer en drukopnemers van het Waterloopkundig Laboratorium (WL) op het snijrad. De HK-drukopnemers zijn gebruikt voor de absolute waarde van de frontdruk. De WL-drukopnemers zijn gebruikt voor het bepalen van de dichtheid van de boorspoeling en daarmee het drukverloop over het boorfront. 21

22 Tijdens het boeren van ring 547 is op basis van de bovenbeschreven methode berekend dat de dichtheid aan het boorfront circa 1290 kg/m 3 was. De absolute frontdruk op de as van de TBM is circa 296 kpa geweest. De frontdruk is geen parameter die volgt uit processen die optreden tijdens het boren, maar een parameter die wordt ingesteld door de aannemer. Dit bemoeilijkt het voorspellen van deze parameter. Formule 5.1 vormt een ondergrens voor de stabiliteit van het boorfront. In het rapport K100-W-017 wordt uitgegaan van de neutrale gronddruk (K 0 =0,48). Op basis van deze predictie bedraagt de relatieve frontdruk circa 198 kpa. De gemeten (relatieve) frontdruk, 196 kpa, komt ongeveer overeen met de neutrale gronddruk, zoals ook bij meetveld Noord is geconstateerd. 22

23 5.3 Stabiliteit boorfront Met betrekking tot de stabiliteit van het boorfront zijn er predicties gedaan omtrent een viertal onderwerpen te weten: - krachtenbalans van de TBM in axiale richting; - krachtenbalans van de TBM in tangentiële richting; - de drukverdeling in de mengkamer; - de invloed van de waterspanningen op stabiliteit boorfront. Deze vier onderwerpen worden in de volgende sub-paragrafen uitgewerkt Krachtenbalans TBM in axiale richting Predictie De predictie voor de krachtenbalans is kort weergegeven in paragraaf Uit metingen en tekeningen blijkt, dat een aantal aangenomen waarden voor de invoerparameters in de predicties in werkelijkheid anders is geweest. Derhalve zijn de predicties opnieuw uitgevoerd met de actuele gegevens. De berekening staat in bijlage D1. Balans snijrad De sommatie van axiale krachten op het snijrad wordt gegeven door: snijradvijzels grondprop snijelementen overcutter Formule 5.2. F = F + F + F waarin: F snijradvijzels axiale kracht op het snijrad (kn) F grondprop axiale kracht door verdringing van de grondprop (kn) F snijelementen axiale kracht op snijelementen front (kn) F overcutters axiale kracht op overcutters (kn) F lagerhuis axiale kracht op het lagerhuis (kn) - axiale kracht door verdringing grondprop Voor het berekenen van de axiale kracht door verdringing van een grondprop zijn verschillende predicties gemaakt. In het rapport K100-W-047 is een predictie uitgevoerd voor zowel een situatie zonder grondprop als voor een situatie met grondprop. In de situatie met grondprop is in rapport K100-W-047 uitgegaan van een straal van de grondprop van 0,5 m. Daarnaast kan uitgegaan worden van een grondprop met straal van 0,75 m (gebaseerd op de diameter van de plaat in het centrum van het snijrad). Derhalve is voor beide diameters de axiale kracht voor de grondprop uitgerekend. Hierbij is uitgegaan van grondlaag 18 omdat deze laag in het midden gesitueerd is en over een groot deel van het boorfront aanwezig is. In rapport K100-W-047 (WL, november 1996) wordt de axiale kracht van een mogelijke grondprop berekend volgens: 2 grondprop,klei c Formule 5.3. F = π R ( f undr N c + σfront - σ 2 grondprop,zand Formule 5.4. F = π R ( σ - σ ) N c front water q 23

24 waarin: F grondprop de axiale kracht door verdringing van de grondprop (kn) R c de straal van het centrum van het snijrad (m) σfront de druk in de mengkamer ter hoogte van de tunnelas (zie formule 2.1) (kpa) σwater ( * ) de waterdruk ter hoogte van de tunnelas, vooralsnog gelijk gesteld aan de initiële situatie. f undr de ongedraineerde schuifsterkte (kpa) N c coëfficiënt afhankelijk van de cohesie (-) N q coëfficiënt afhankelijk van de hoek van inwendige wrijving (-) ( * ) In deze formules voor de aangepaste predictie is σfront (in rapport K100-W-047) vervangen door σfrontσwater. (Zie ook Notulen 8 e Supercluster Boortecvhnologie d.d. 2 decembwer 1997, SCB 97.10) Onder de subparagraaf predictiemodel worden de predictieformules nader toegelicht. Volgens rapport K100-W-42 (MTI, juni 1996) dient de axiale kracht van de grondprop te worden berekend volgens: Formule 5.5. F = π R grondprop 2 c σ v + σv Kp tanφ 2 π tan( - 4 waarin: F grondprop axiale kracht door verdringing van de grondprop (kn) R c straal van het centrum van het snijrad (m) σ' v verticale korrelspanning (kpa) K p gronddruk coëfficiënt van de passieve gronddruk φ hoek van inwendige wrijving ( ) De axiale kracht van een grondprop is in de onderstaande tabel (9) kwantitatief weergegeven volgens de verschillende voorspellingen. Tabel 9. Axiale kracht van een grondprop. predictierapport K100-W-047 K100-W-042 straal grondprop (m) 0 0,5 0,75 0,5 0,75 axiale kracht grondprop (kn) axiale kracht op snijelementen front Na uitvoering van de predicties is het ontwerp van de frontelementen ingrijpend gewijzigd. Hiervoor wordt verwezen naar de evaluatie van Meetveld Noord, K100-W-058. Derhalve kunnen de formules uit het BTL rapport 'Ontgraving' (WL rapport, Mastbergen, D.R. en Bisschop, F., 1995) worden gehanteerd. 24

25 v snijelementen w t 2 s F = g ρ b hs 1 k Formule 5.6. sinφ cos α δ sinδ cos β φ sin( α+ β+ δ+ φ) 1 2 n C ( + )-C ( + h s = 2 π u ω Formule 5.7. max Formule k = 0,5 k 0+0,5 k n = n max -n 0 1-nmax Formule 5.9. voor een meshoek van 60 kan worden gesteld: C 1 = 0,43 Formule C 2 = 0,30 Formule β = 48,5-0,5 δ -0,3 φ Formule waarin: F snijelementen kracht op de snijelementen is (kn) g versnelling van de zwaartekracht (9,81 m/s 2 ) ρw dichtheid van water (1000 kg/m 3 ) b t beitel- c.q. mesbreedte (m) h s snijdiepte (m) v s snijsnelheid (m/s) k 1 gemiddelde doorlatendheid (m/s) k o doorlatendheid van het ongestoorde zandbed (m/s) k max doorlatendheid van het gedilateerde zand (m/s) n o in-situ porositeit (-) n max maximale porositeit (-) C 1 constante (-) C 2 constante (-) φ hoek van inwendige wrijving van zand ( ) α meshoek ( ) δ wrijvingshoek tussen staal en zand ( ) β schuifvlakhoek ( ) u voortgangssnelheid (m/s) ω rotatiesnelheid snijrad ( /s) 25

26 Uit de metingen is gebleken dat de gemiddelde snijdiepte tijdens het boren van ring 547 circa 0,025 m is geweest. De gemiddelde toerental was 1,12 omw/min en de gemiddelde snelheid 1,69 m/uur. Voor de snijelementen is een breedte aangehouden van 185 mm. Uit de berekening volgt dat de som van de axiale kracht op de snijelementen (behalve de snijelementen in het centrum) indien geen boorvloeistof wordt gebruikt circa 4 kn is. Volgens predictie K100-W-014 dient rekening gehouden te worden met de invloed van de boorvloeistof. De spaanvlak- en slijtvlakkrachten zullen door de aanwezigheid van de boorvloeistof met een factor 3 toenemen. Derhalve zal de snijkracht voor de situatie met boorvloeistof circa 10 kn zijn. De snijelementen in het centrum dienen niet te worden meegerekend bij de axiale snijradkrachten indien er een grondprop optreedt. Indien er geen grondprop optreedt dienen de axiale snijkrachten van deze elementen wel te worden meegerekend bij de axiale snijradkrachten. Uit tekening tek.nr E d.d van Herrenknecht zijn de snijelemeten in het centrum van het snijrad wel uitgevoerd zoals is aangenomen in het rapport K100-W-047. Volgens dit zelfde rapport is indien met de snijelementen in het centrum snijdend wordt geboord de axiale snijkracht van deze snijelementen circa 134 kn voor grondlaag axiale snijkrachten op overcutters In het predictierapport k100-w-047 is uitgegaan van een meshoek van 90. Deze aanname is correct voor de snijelementen in het midden en voor de snijelementen van de overcutter. Echter, de bijdrage van de overcutter is niet apart vermeld. De invloed van de overcutters is bepaald aan de hand van formule 5.6 met een meshoek van 60 graden. De axiale kracht op de overcutter is 0,36 kn. - axiale kracht op het lagerhuis De bentoniet drukt zowel tegen het lagerhuis als tegen het drukschot van de TBM. Uit de bouwtekeningen van de TBM blijkt dat de druk op het lagerhuis wordt teruggevoerd op de vijzels van het snijrad. Op basis van tekening HK A is geconstateerd dat de diameter van het lagerhuis circa 3,35 m is. De axiale drukkracht op het lagerhuis van de TBM kan worden berekend volgens: 2 2 lagerhuis = π (Rlagerhuis -R grondprop ) σ front Formule waarin: F lagerhuis kracht op het lagerhuis (kn) R lagerhuis straal van het lagerhuis (m) R grondprop straal van een eventuele grondprop (m) σfront frontdruk (kpa) Met een relatieve frontdruk van 196 kpa wordt de axiale kracht van het bentoniet-grondmengsel op de lagerhuis van de TBM 1730 kn. 26

27 Totale krachtenbalans De bovenbeschreven axiale krachten op het snijrad vormen een onderdeel van de totale axiale krachtenbalans van de TBM. Deze wordt gegeven door : F hoofdvijzels = F snijradvijzels+f wrijving+f drukschot+f staart+f z,tbm+fz,volg Formule waarin: F hoofdvijzels axiale kracht op de hoofdvijzels (kn) F snijradvijzels axiale kracht op het snijrad (kn) F wrijving axiale wrijvingskracht langs de mantel (kn) F drukschot axiale kracht op het drukschot (kn) F staart axiale kracht op de staartafdichting (kn) F z,tbm axiale zwaartekrachtcomponent op de TBM (kn) F z,volg axiale zwaartekrachtcomponent op de volgtrein (kn) De overige componenten in deze krachtenbalans worden hieronder nader toegelicht. - axiale wrijvingskracht langs de mantel Voor het berekenen van de wrijvingskracht langs de mantel is zowel de predictie (K100-W-017 en K100-W-014) als de eenvoudige formule van MTI (K100-W-042) in ogenschouw genomen. In de predictie is uitgegaan van een diepte van 16 m onder het meetveld. In werkelijkheid is dit ook ongeveer 16 m geweest. Derhalve zijn de voorspellingen van de effectieve normaalspanning ten gevolge van het volumeverlies die in PLAXIS zijn gemaakt van toepassing op ring 547. In predictie rapport K100-W-047 is gerekend met: smering : geen δ : 1/3 φ V/V: 0,8 % Volgens de procesgegevens van Rijkswaterstaat is groutpomp A6 gebruikt voor de injectie van bentoniet langs het schild (zie bijlage G). Later is dit echter tegengesproken in een overleg van het PBBT met de TCH (zie bijlage H). In deze rapportage is er echter toch voorlopig vanuit gegaan dat groutpomp A6 wel is gebruikt voor de injectie van bentoniet. De predictie is aangepast voor smering wat leidt tot een reductie van 40% (K100-W-017). Hieruit volgt voor de wrijvingskracht bij ring 547 circa 1800 kn (K100-W-047). Volgens de eenvoudige formule van MTI (K100-W-042): F = ( π D L wrijving σ + σ 2 π 4 D L) δ, δ = 2 φ 3 Formule 5. v h 2 +(GTBM - w tan is de wrijvingskracht circa 4765 kn. Aangenomen is dat hierin: σ h = σ v Kn Formule waarin: γ 27

28 F wrijving de maximale axiale wrijvingskracht (kn) D diameter van boorschild (m) L lengte van boorschild (m) σ' v verticale korrelspanning (kpa) σ' h horizontale korrelspanning (kpa) K n coëfficiënt van de neutrale gronddruk (-) G TBM gewicht TBM (kg) γw soortelijk gewicht water (1000 kg/m 3 ) δ wrijvingshoek tussen grond en staal ( ) φ hoek van inwendige wrijving van de grond ( ) In deze predictie uit K100-W-042 wordt geen rekening gehouden met de invloed van bentonietsmering. - axiale kracht op het drukschot De axiale drukkracht op de TBM kan worden berekend volgens: 2 2 F = π ( R - R ) drukschot lagerhuis σ front Formule waarin: F drukschot kracht op het drukschot (kn) R straal van de tunnelboormachine (m) R lagerhuis straal van het lagerhuis (m) σfront frontdruk (kpa) Met een relatieve frontdruk van 196 kpa wordt de axiale kracht van het bentoniet-grondmengsel op de het drukschot van de TBM 9530 kn. - axiale kracht op de staartafdichting De opgetreden groutdruk in de plunjerpompen is gemiddeld 195 kpa geweest tijdens het boren van ring 547. Omdat nu direct door de ringen wordt geïnjecteerd en de leidingen een grotere diameter hebben zal de groutdruk rond de ringen ongeveer gelijk zijn aan de groutdruk in de plunjerpompen. Met een oppervlak van 3,3 vierkante meter achter de TBM levert dit een voorwaarts gerichte axiale kracht op van circa 640 kn. - axiale zwaartekrachtcomponent op de TBM en op de volgtrein Bij een hellingshoek van 1,9 graden t.o.v. de horizontaal (hellingshoek tunnel 1:30) en een gewicht van 6150 kn van de TBM treedt een achterwaarts gerichte axiale kracht van circa 210 kn op. Voor de volgtrein wordt met een gewicht van circa 2300 kn een achterwaarts gerichte axiale kracht van circa 80 kn gevonden. Resultaten aangepaste predictie In de onderstaande tabellen (10 en 11) is de aangepaste predictie voor ring 547 weergegeven. Tevens zijn de waarden uit het predictierapport K100-W-047 opgenomen. 28

29 Tabel 10. Axiale krachtenbalans van het snijrad bij aanwezigheid van een grondprop. Meetveld Zuid 1 ste passage Predictie uit rapport K100-W-047 aangepaste predictie na metingen straal grondprop: en volgens predictie (bron) geen Rc = 0,5 m Rc = 0,75 m K100-W-047 K100-W-047 K100-W-042 K100-W-047 K100-W-042 F snijelem (kn) F grondprop (kn) F frontdruk lagerhuis (kn) F snijrad (kn) Tabel 11. Totale axiale krachtenbalans van de TBM. Meetveld Zuid 1 ste passage Predictie uit rapport K100-W-047 aangepaste predictie na metingen straal grondprop: en volgens predictie (bron) geen Rc = 0,5 m Rc = 0,75 m K100-W-047 K100-W-047 K100-W-042 K100-W-047 K100-W-042 F snijelem (kn) F grondprop (kn) F frontdruk lagerhuis (kn) F drukschot (kn) F * mantelwrijving (kn) F staartafdichting (kn) F z,tbm (kn) F z,volg (kn) F totaal (hoofdvijzels) (kn) * in de predictie is geen rekening gehouden met een reductie van de wrijving als gevolg van de overcutters. Metingen Voor ring 547 zijn de krachten op de hoofdvijzels en op de vijzels van het snijrad gemeten. De meetwaarden staan in bijlage B1, grafiek 7 en 7a. In bijlage I staat een overzicht van de locatie van de hoofdvijzelgroepen. Tijdens het boren van ring 547 was de totaalkracht op de hoofdvijzels gemiddeld circa kn. De totaalkracht op de vijzels van het snijrad was gemiddeld circa 2420 kn. Tijdens het boren is een gemiddelde (relatieve) frontdruk van circa 196 kpa gemeten. 29

30 Predictiemodel In de onderstaande tabel (12) worden de predicties naast de metingen gepresenteerd. Tabel 12. Aangepaste predicties en metingen. Meetveld Zuid 1 ste passage meting tijdens boren ring 547 Predictie uit rapport K100-W-047 aangepaste predictie na metingen straal grondprop: en volgens predictie (bron) geen Rc = 0,5 m Rc = 0,75 m K100-W-047 K100-W-047 K100-W-042 K100-W-047 K100-W-042 F snijrad (kn) afwijking t.o.v. meting n.v.t % % % % % F hoofdvijzels (kn) afwijking t.o.v. meting n.v.t % % % % % Uit de bovenstaande tabel (12) kan worden geconcludeerd dat met name het bepalen van de krachten die op het snijrad werken zeer moeilijk te voorspellen zijn met behulp van de predictiemodellen. Opgemerkt wordt dat in geen van de predicties de axiale kracht op het lagerhuis is meegenomen. In de aangepaste predicties is dit nu wel meegenomen. Deze kracht is opgeteld bij de krachten op de snijradvijzels. Voor het vergelijken van de meetwaarde met de predicties is uitgegaan van een diameter van het lagerhuis van 3,35 m. Per kracht is afzonderlijk de predictie beschouwd: - axiale kracht op snijelementen front De volgens BTL-rapport 'Ontgraving' berekende axiale krachten op de snijelementen ligt in dezelfde ordegrootte als de aandrukkrachten van de spaanvlakken in axiale richting die in het predictierapport K100-W-014 werden berekend. De werkelijke kracht op de snijelementen is niet gemeten. Uit de grafieken van ring 547 van de snijdiepte (grafiek 17) en de krachten in de vijzels van het snijrad (grafiek 7) blijkt dat de snijradkrachten niet afhankelijk zijn van de snijdiepte. De axiale kracht op de niet-snijdende elementen (welke elementen dit zijn is afhankelijk van de snijrichting van de TBM) is niet meegenomen in de aangepaste predicties. Deze elementen zitten op circa 900 mm van de snijdende elementen. Nadat het snijdende element is gepasseerd zal het snijrad iets naar voren zijn verplaatst op het moment dat het slepende (niet-snijdende) element passeert. Vanwege de kleine hoek tussen het slijtvlak en de grond (circa 10 ) zal een redelijk deel van het slijtvlak van een niet snijdend element langs de grond slepen en gedeeltelijk de grond verdringen. Het is niet bekend wat de grootte van deze kracht is. Tevens kan dit mechanisme plaatselijk een soort van plug veroorzaken tussen de snijelementen. Hierdoor is de axiale kracht op de snijelementen groter dan uit de predicties volgt. Het berekenen van deze krachten valt echter buiten het bestek van deze rapportage. Hierbij valt nog te vermelden dat uit visuele inspectie blijkt dat tussen de snijelementen de spaak minder geërodeerd is dan waar geen snijelementen zitten. Mogelijke oorzaak is dat er klei/zand tussen de snijelementen ophoopt. Daarnaast is geconstateerd dat waarschijnlijk het slijtvlak van de 30

31 snijelementen aan weerszijde van de spaak zijn afgesleten. In de metingen van de waterspanningen is gebleken dat ook de slepende (niet-snijdende) snijelementen de grond (met bentoniet) afschrapen. De kracht die hierdoor veroorzaakt is, is in geen van de predicties opgenomen. Aanbevolen wordt om hiervoor een postdictie uit te voeren. - axiale kracht door verdringing grondprop De gemeten kracht op het snijrad is circa 2429 kn. De kracht op het lagerhuis is circa 1620 à 1730 kn, afhankelijk van de straal van de grondprop. Indien een grondprop optreedt zal over het oppervlak waar een grondprop optreedt geen bentonietdruk op het lagerhuis staan. Omdat de waterdruk alzijdig is zal er wel waterdruk op het lagerhuis staan. Het verschil in gemeten kracht op de snijradvijzels en de druk op het lagerhuis is circa 700 kn. Deze kracht wordt veroorzaakt door een grondprop en door de onbekende axiale kracht van de slepende (niet-snijdende) snijelementen. De grondpropkracht volgens de predictie K100-W-047 is te groot. De grondpropkracht volgens predictie K100-W-042 met een straal van 0,5 m komt redelijk overeen met het verschil tussen de gemeten kracht op de snijradvijzels en de berekende druk op het lagerhuis. Indien geen grondprop is opgetreden zal het verschil van 700 kn zijn veroorzaakt door de slepende (nietsnijdende) snijelementen. In predictierapport K100-W-047 wordt aangegeven dat voor de steundruk in de grond de frontdruk dient te worden aangehouden. Echter het in de grond aanwezige water zorgt voor een alzijdige druk die van de frontdruk dient te worden afgetrokken. In formules (3), (4) en (5) uit rapport K100-W-047 dient derhalve voor σfront, de waarde σfront-σwater te worden ingevuld. In de aangepaste predicties is de correctie voor de waterspanning reeds doorgevoerd. Daarbij is voor de waterspanning de initiële waterspanning in de grond aangehouden. Door het boorproces neemt de waterspanning voor het boorfront toe. Dit is niet meegenomen in de aangepaste predicties. Overigens is bij het aanvangen van het boren van een nieuwe ring de waterspanning lager dan tijdens het boren. Aanbevolen wordt een postdictie uit te voeren waarbij zowel rekening wordt gehouden met de vectoriële maximale bezwijkkracht als de toename van de waterspanning door het boorproces. Opgemerkt wordt dat het echter onwaarschijnlijk is dat in overwegend zandgrond een grondprop optreedt. Indien het verschil in gemeten snijradkrachten en de berekende druk op het lagerhuis verklaart kan worden door de krachten op de slepende (niet-snijdende) snijelementen is een aangepaste predictie van een grondprop in zand overbodig. - axiale snijkrachten op overcutters De axiale snijkrachten van de overcutters zijn bepaald op dezelfde wijze als de snijelementen op de arm. De bijdrage van de overcutters is volgens de berekening verwaarloosbaar klein. Uit de grafieken voor de snijradkrachten blijkt dat de axiale kracht bij o.a. ring 547 toegenomen is met circa 200 kn. Echter de variatie ten opzichte van het gemiddelde is van dezelfde ordegrootte. - axiale wrijvingskracht langs de mantel Uit de metingen kan niet de afzonderlijke bijdrage van de wrijvingskracht langs de mantel 31

32 worden afgeleid. De mantelwrijving moet dus impliciet worden afgeleid. In de predictie voor de wrijvingskracht K100-W-017 wordt de invloed van de snijdende voorkant niet meegenomen. Hierdoor wordt de wrijvingskracht mogelijk onderschat. Op pagina 24 van ditzelfde rapport staat dat de maximale wrijvingskracht de resultante van de axiale en tangentiële wrijvingskracht is. De richting waarin de wrijving werkt is afhankelijk van de manier waarop de TBM wordt belast (krachten vanuit de hoofdvijzels en koppel vanuit het snijrad). Wanneer de TBM een kleine verrolling heeft leidt dit tot een kleine reductie van de axiale wrijvingskracht. Hiermee is tevens de tangentiële wrijvingskracht bekend. Uit de predicties volgt dat de axiale krachten van de staartafdichting, van de zwaartekracht op de TBM en de volgtrein circa (-)350 kn zijn. De gemeten kracht van de snijradvijzels is 2420 kn. De druk op het drukschot is 9530 kn. De mantelwrijving is het verschil tussen de totale kracht op de hoofdvijzels en de bovengenoemde krachten. De impliciet bepaalde axiale wrijvingskracht is 3560 kn. Tijdens het boren van ring 547 is gebruik gemaakt van bentonietsmering en de overcutter(s). De wrijvingskracht volgens predictie K100-W-047, met 40% reductie ten gevolge van smering (K100-W-017), geeft een veel lagere wrijvingskracht dan gemeten. Het predictiemodel voorspeld de wrijvingskracht onvoldoende. Mogelijke oorzaak is dat de wrijvingscoëfficient groter is geweest dan aangenomen. - axiale kracht op het drukschot De druk in de mengkamer is gemeten. Daarmee is de druk op het drukschot goed te berekenen. Een deel van deze druk wordt gevormd door de druk op het lagerhuis van de TBM. De druk op het lagerhuis is terug te vinden in de axiale kracht op de snijradvijzels. - axiale kracht op de staartafdichting In afwijking tot meetveld Noord wordt in meetveld Zuid het grout door de segmenten geïnjecteerd. Hierdoor is er minder leidingverlies. Uit de metingen van TNO bij meetveld Noord is gebleken dat de druk in de groutpompen goed overeen komt met de druk in de staartspleet. De axiale kracht op de staartafdichting is derhalve goed te berekenen. - axiale zwaartekrachtcomponent op de TBM en op de volgtrein De axiale zwaartekrachtcomponent op de TBM en de volgtrein is niet direct gemeten. De kracht is echter klein ten opzichte van de totaalkracht op de hoofdvijzels. Er kan worden aangenomen dat de kracht qua ordegrootte goed zal zijn. Conclusies en aanbevelingen axiale krachtenbalans - Het grootste deel van de krachten op de snijradvijzels wordt veroorzaakt door de bentonietdruk op het lagerhuis (circa 70 %). Dit betekent dat de snijkrachten en de kracht door de verdringing van een grondprop relatief klein zijn geweest. - Waarschijnlijk leveren de slepende (niet-snijdende) elementen een behoorlijke axiale kracht op de snijradvijzels. Aanbevolen wordt een postdictie uit te voeren om de kracht op de slepende (niet-snijdende) elementen te bepalen, omdat dit niet is meegenomen in de predicties. - In predictierapport K100-W-047 is geen rekening gehouden met de alzijdige waterspanning bij de bepaling van de verdringing van een grondprop. In de aangepaste predicties is de waterspanning afgetrokken van de frontdruk in formules 5.3 en 5.4. Door het boorproces stijgt echter de waterspanning in de omgeving van het boorfront. Eigenlijk dient deze extra waterspanningsverhoging ook in de formule te worden 32