Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de statische meetring in de Botlekspoortunnel

Transcriptie

1 99-CON-DYN-R0093 Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de statische meetring in de Botlekspoortunnel 4 november 1999 G.P.C. van Oosterhout F.M. Middeldorp

2 Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. " Rapport K300-W-010 Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de statische meetring in de Botlekspoortunnel, november 1999, CUR/COB, Gouda." Aansprakelijkheid CUR/COB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en CUR/COB sluit, mede ten behoeve van al diegenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.

3 Titel en sub-titel: Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetring in de Botlekspoortunnel Datum rapport: November 1999 Schrijver(s): G.P.C. van Oosterhout, F.M. Middeldorp Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: 99-CON-DYN R0093 Projectleider(s) opdrachtnemer: G.P.C. van Oosterhout COB/K300-document nummer: K300-W-010 Projectbegeleider opdrachtgever: H.J.R. Deketh Naam en adres opdrachtnemer: TNO-Bouw Postbus AA Delft Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: Gegeven worden een aantal mogelijke uitvoeringen van een statische meetring in de Botlekspoortunnel. Geplaatst zullen worden rekopnemers en drukopnemers. De begrote kosten voor de meetring zijn bepaald. Een definitieve keuze voor het data-acquisitie systeem en rekmeetprincipe is niet gemaakt. Deze keuze zal door commissie K320 worden gemaakt, op basis van dit rapport. Wel zijn voorkeuren aangegeven. Relationele rapporten: Trefwoorden: Boortunnels, Instrumentatie, Meetring Verspreiding: COB-commissie K340 Classificatie: Intern COB-rapport Classificatie deze pagina: nee Aantal blz: 39 Prijs: Versie Datum Namens opdrachtnemer Paraaf Namens opdrachtgever Paraaf concept 1 11/08/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh concept 2 21/10/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh definitief 04/11/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh

4 Title and sub-title: Specification of measuring devices for the instrumented segments in the Botlekspoortunnel Date report: November 1999 Author(s): G.P.C. van Oosterhout, F.M. Middeldorp Type report: Interim-report Reportnumber contractor: 99-CON-DYN-R0093 Project manager(s) contractor: G.P.C. van Oosterhout COB/K300-report number: K300-W-010 Project attendant principal: H.J.R. Deketh Name and address contractor: TNO-Bouw P.O. Box AA Delft The Netherlands Name and address principal: Centrum Ondergronds Bouwen P.O. Box AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary: Some alternatives for a static instrumented ring in the Botlekspoortunnel are given. The following instrumentation will be used: strain gages and pressure gages. Relational reports: Keywords: Bored tunnels, Instrumentation, Instrumented segments Distribution: COB-committee K 340 Classification: Internal COB-report Classification this page: no Number of pages: 39 Price: Version Date On behalf of contractor Initials On behalf of principal Initials draft 1 11/08/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh draft 2 21/10/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh definitief 4/11/99 G.P.C. van Oosterhout H.J.R. Deketh

5 INHOUD Hoofdstuk 1 INLEIDING...1 Hoofdstuk 2 DOEL VAN DE INSTRUMENTATIE...2 Hoofdstuk 3 Basisgevens en randvoorwaarden Overzicht basisgegevens Uitgangspunten en inkadering binnen K Randvoorwaarden Relatie met andere experimenten Beperkingen aan instrumentatie...5 Hoofdstuk 4 MEETMETHODE Krachten en vervormingen in de ring Variant 1: Rekken rondom sluitsteen Variant 2: Rekken in de tunnelbodem Variant 3: Momentenverloop in ringrichting Variant 4: Momentenverloop en krachtinleiding Keuze voor rekopnemerverdeling Praktische beperkingen Inbouwmaten Groutdrukken...15 Hoofdstuk 5 Evaluatie en Keuze data-acquisitie Beschrijving van de systeemonderdelen Invulling van de systeemonderdelen bij gebruik snaarrekopnemers Invulling van de systeemonderdelen bij gebruik rekstroken Inventarisatie risico s...19 Hoofdstuk 6 Evaluatie en Voorstel instrumentatie Benodigd meetbereik en resolutie van de meetopnemers Begrote kosten Keuze rekopnemerprincipe Keuze snaarrekopnemers...23 Hoofdstuk 7 DRAAIBOEK Inleiding Voorbereidingen tunnelsegment Voorbereidingen data-acquisitie Voorbereidingen voor en installatie van een meetring Tijdens plaatsing Na plaatsing...26 Hoofdstuk 8 CONCLUSIES...27 Hoofdstuk 9 Aanbevelingen...28

6

7 HOOFDSTUK 1 INLEIDING De Botlekspoortunnel is het tweede praktijkproject in Nederland op het gebied van geboorde tunnels. Bij het eerste project, de tweede Heinenoordtunnel, zijn twee geïnstrumenteerde tunnelringen geplaatst. De eerste meetring werd nabij de noordelijke ingang geplaatst in april De tweede meetring werd nabij de zuidelijke ingang geplaatst, in november De Tweede Heinenoordtunnel is net zoals de Botlekspoortunnel een gesegmenteerde lining. De krachtswerking in de twee meetringen wordt gemeten 1 met 100 rekopnemers in elke ring. In de zuidelijke meetring is ook de sluitsteen geïnstrumenteerd, naar aanleiding van de ervaringen in de eerder geplaatste noordelijke meetring [6]. Belangrijkste waarneming in beide ringen was dat direct na het inbouwen reeds aanzienlijke krachten en momenten in de segmenten optreden. Bovendien blijkt uit de metingen, die zullen voortduren tot 2002, dat ook op de lange termijn een groot deel van deze zogenaamde montagespanningen in de lining blijven. Belangrijk gevolg hiervan is dat conventionele rekenmodellen die worden gebruikt om tunnellinings te ontwerpen tot veel lagere krachten en momenten komen dan is gemeten in de Tweede Heinenoordtunnel. Er is daarom besloten om in het kader van K300 wederom de lining te instrumenteren. Uit budgettaire overwegingen is er voor gekozen om met één meetring te werken. Deze meetring zal zodanig worden uitgevoerd dat een beter inzicht in het ontstaan en de ontwikkeling van montagespanningen zal worden verkregen. Dit meetplan beschrijft de wijze waarop de meetring dient te worden opgebouwd om dit te kunnen bereiken. In het volgende hoofdstuk zal nader in worden gegaan op het doel van de instrumentatie. Hoofdstuk 3 behandelt de basisgegevens en randvoorwaarden waarbinnen de meetring dient te worden gerealiseerd. Hoofstuk 4 beschrijft de meetmethode die zal worden gebruikt. Vervolgens worden in hoofdstuk 5 een aantal alternatieven voor het data-acquisitie systeem gegeven. In hoofdstuk 6 worden een aantal manieren beschouwd om rekken te meten. De begrote kosten voor de meetring worden hier ook behandeld. Een definitieve keuze voor het data-acquisitie systeem en rekmeetprincipe is niet gemaakt. Deze keuze zal door commissie K340 worden gemaakt, op basis van dit rapport. Wel zijn voorkeuren voor een bepaalde oplossing aangegeven. In hoofdstuk 7 wordt een globaal draaiboek gepresenteerd. In dit stadium kan een gedetailleerd draaiboek nog niet worden geschreven, daar een gedetailleerd draaiboek pas kan worden beschreven als de precieze uitvoering van de meetring bekend is. 1 De metingen lopen tot

8 HOOFDSTUK 2 DOEL VAN DE INSTRUMENTATIE Onderdeel van het onderzoekprogramma K300 vormt het project Montagespanningen en Dwarsverbindingen. In [12] is het deelprojectplan vastgelegd, waarin de metingen aan een geïnstrumenteerde ring ingekaderd zijn in een groter geheel. Voor een uitgebreidere omschrijving van het onderzoeksdoel binnen dit project wordt verwezen naar [12]. Het is zinvol op deze plaats de probleemstelling met betrekking tot het deelproject te herhalen, waarbij een onderscheid naar vier onderdelen is gemaakt: Dwarsverbindingen 1. Op welke wijze wordt de dwarsverbinding gerealiseerd en wat zijn daarbij de optredende knelpunten? 2. Wat is het effect van de dwarsverbinding op de liggerwerking van de tunnelbuizen? Montagespanningen 3. Welke krachten en vervormingen treden op tijdens het inbouwen en daarop volgende groutproces? 4. In hoeverre zijn meer geavanceerde rekenmodellen in staat goede voorspellingen te geven van de optredende krachten en vervormingen in de bouwfase? Dwarsverbindingen en montagespanningen worden via gescheiden onderzoekstrajecten bestudeerd. Dit meetplan beperkt zich tot een geïnstrumenteerde ring waarmee montagespanningen worden bestudeerd. Doel van de instrumentatie is om inzicht te krijgen in de effecten van de verschillende bouwfases op de spanningsontwikkeling in de segmenten. Opgemerkt wordt dat dit doel langs twee kanten zal worden benaderd: met behulp van geavanceerde rekentechnieken voorspellingen maken van de ontwikkeling van krachten en vervormingen in een gesegmenteerde lining, vastleggen van de ontwikkeling van krachten en vervormingen in een geïnstrumenteerde ring. In principe bestaat er een interactie tussen de twee paden. Echter, tijdens het schrijven van dit meetplan waren nog geen numerieke predicties beschikbaar, zodat deze relatie vooralsnog niet gelegd kon worden. De geïnstrumenteerde ring die hier wordt besproken is expliciet niet bedoeld voor het doen van dynamische experimenten. Hiertoe is op een andere locatie in de Botlekspoortunnel een ring voorzien [13]. 2

9 HOOFDSTUK 3 BASISGEVENS EN RANDVOORWAARDEN 3.1 Overzicht basisgegevens Voor het ontwerp van de instrumentatie is gebruik gemaakt van de volgende literatuur: [1] R. Both, F.J.M. Hoefsloot, R.L. Kuijer, F.M. Middeldorp & P.C. van Staalduinen, Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel, TNO-rapport 96-CON-R0302, 9 mei [3] G.P.C. van Oosterhout, Calibratie meetringen Tweede Heinenoordtunnel, TNO-rapport 97- CON-0333, 7 januari [6] C.B.M. Blom & G.P.C. van Oosterhout, Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel 1, TNO-rapport 97-CON-R0751/K100-W-061, 27 juni [8] C.B.M. Blom & G.P.C. van Oosterhout, Tweede orde evaluatie tunnelconstructie Tweede Heinenoordtunnel - Deel 3, TNO-rapport 98-CON-R0888/K100-W-086, 26 mei [12] K300, Deelprojectplan Montagespanningen en Dwarsverbindingen, versie 2.0, 27 november [14] M. Mos, Literatuurstudie en inventarisatie van kennis omtrent montagespanningen, concept, Holland Railconsult, 26 mei [15] E.J. van der Horst, Predictieplan montagespanningen, concept, 27 mei Verder is gebruik gemaakt van de volgende tekeningen van de tunnelsegmenten en wapening: BST-T-BT-A001 Overzicht tunnelsegmenten, BST-T-BT-V106 Boortunnel linkse ring: segment A1L, BST-T-BT-W103 Boortunnel wapening segment KL en KR, BST-T-BT-W106 Boortunnel wapening segmenten A1 tot en met A5, Uitgangspunten en inkadering binnen K300 De volgende aandachtspunten zijn genoemd in de offerte-aanvraag voor dit meetplan, die bij het opstellen van het meetplan van belang kunnen zijn: gemeten zullen worden rekken, vervormingen alsmede inbouwmaten; instrumentatie dient een goede prijs-kwaliteit verhouding te bezitten; robuustheid meetprogramma (inschatten risico s plus de daaruit te nemen acties); inpassen meetprogramma in bouwproces BTC; gestreefd wordt naar een intensieve instrumentatie teneinde een goed beeld van het locale gedrag van de segmenten te krijgen, overigens binnen de beperkingen van het budget dat voor instrumentatie is gereserveerd; de metingen starten voordat de segmenten worden geplaatst en eindigen na circa een week en tenminste 30 ringen voortgang. In die periode wordt een continue meting verricht; 3

10 de meetring zal ter plaatse van locatie MQ4, in de tweede tunnelbuis, worden geplaatst [19]. Aanvullend kunnen de volgende uitgangspunten worden geformuleerd: Het bestaande budget, zoals vastgelegd in het Deelplan Montagespanningen en dwarsverbindingen K300, is niet toereikend om de in genoemd rapport gewenste 588 opnemers te plaatsen. Dit meetplan zal daarom met name ingaan op de vraag hoe binnen het spanningsveld van budget en gewenste meetdichtheid een aanvaardbaar compromis kan worden gevonden. De deelcommissie K340 heeft de wens geuit om groutdrukken te meten bij de meetring door middel van doorgevoerde groutdrukopnemers, conform de meetmethode die BTC nu reeds toepast. De instrumenten worden niet gekalibreerd, aangezien de primaire doelstelling van de metingen het vastleggen van rekken is. Dit in tegenstelling tot de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel, waar de aandacht primair uitging naar de krachten en momenten in de lining. In dat geval is een kalibratie vereist om een kracht-rek en moment-rek relatie te bepalen. De meetresultaten van de laboratoriumproef op drie Botlekspoortunnel ringen in het Stevin laboratorium. Het belang van de resultaten van deze proeven voor het inzicht van de gewenste inzet van opnemers is groot. Daarom is het zinvol is om, indien dit in de tijd mogelijk is, om niet eerder met de fabricage van de meetring te beginnen dan nadat de resultaten van de laboratoriumproef beschikbaar zijn. Voor het meten van drukken met groutdrukopnemers kan gebruik worden gemaakt van een vaste meet PC op de volgtrein. Deze meet PC is gezamenlijk eigendom van BTC en K300. Groutdrukopnemers worden via kabels op een aansluitkast op de voorkant van de volgtrein aangesloten. Van daaruit loopt een verzamelkabel naar de meet PC. 3.3 Randvoorwaarden De belangrijkste randvoorwaarden voor de instrumentatie volgen uit het uitgangspunt dat het meetprogramma binnen het bouwproces van BTC moet passen. Dit betekent onder andere: De wens bestaat om reeds te meten tijdens de plaatsing van de segmenten. Dit impliceert dat de instrumentatie, inclusief afleesapparatuur, voorafgaand aan de plaatsing reeds aan of in de tunnelsegmenten bevestigd is. De invloed van het operationeel krijgen van het meetsysteem op de duur van het boorproces dient minimaal te zijn. Met BTC is afgesproken dat de opgetreden vertraging zal worden verrekend op basis van een uurtarief. Voorgesteld wordt vooraf hier een inschatting van te maken en met BTC een vaste prijs voor tijdsvertraging af te spreken. Het meetsysteem dient de normale voortgang van het boorproces na het plaatsen van de ring zo min mogelijk te beïnvloeden. In de keuze van instrumenten dient mogelijke beïnvloeding van de sterkte, duurzaamheid en waterdichtheid van de segmenten mede te worden beschouwd. Bovendien dient de geïnstrumenteerde ring zo te worden uitgevoerd, dat deze meegenomen kan worden in het bij BTC gebruikelijke logistieke proces. Alle benodigde verbindingen (kabels) tussen instrumenten en data-acquisitie moeten volledig vooraf zijn voorbereid en getest. Het data-acquisitie-systeem dient voor het plaatsen van de ring zodanig te zijn getest, dat na aansluiting van de instrumenten de metingen direct kunnen beginnen. De ligging van voorzieningen op of aan de oppervlakte van de segmenten dient te worden bepaald aan de hand van de afmetingen van de vacuumnap van de erector. 4

11 Op basis van de huidige planning (per september 1999) zal de meetring medio maart 2000 worden geplaatst. De segmenten dienen tenminste 3 maanden vooraf te worden gestort in verband met het productieproces bij Schokindustrie. 3.4 Relatie met andere experimenten De volgende relaties zijn te benoemen: De meetring in de Botlekspoortunnel is een follow-up van de twee meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel. De laboratoriumproeven in het Stevinlab met drie Botlekspoortunnelringen, die in septemberoktober 1999 zullen worden verricht. In deze proeven wordt onder andere de invloed van radiaal ongelijk belaste ringen en scheve plaatsing van segmenten beschouwd. In de eerste buis van de Botlekspoortunnel is een dynamische meetring geplaatst, waar rekken ten gevolge van dynamische belastingen worden gemeten. Onderzoek naar het gedrag van de TBM, waarvoor ook groutdrukmetingen worden verricht zoals beschreven in het laatste aandachtspunt van paragraaf Beperkingen aan instrumentatie 1. In tegenstelling tot de Tweede Heinenoordtunnel, waar een zeer lange monitoringperiode (circa 5 jaar) is voorzien, is de meetperiode in de Botlekspoortunnel kort: orde 1 week bij normale voortgang van het boorproces. Voor zo n korte periode loont het niet om een vaste opstelplaats voor meetapparatuur te maken. In rapport wordt verondersteld dat de meetapparatuur zich op een mobiele opstelling in de tunnel bevindt, bijvoorbeeld op de volgtrein. Groot voordeel hiervan is dat niet hoeft te worden gewerkt met een lange data-transmissiekabel naar een punt buiten de tunnel. Dit is zowel een kosten- als tijdbesparende maatregel. 2. In het projectplan [12] wordt de wens uitgesproken om schuifkrachten te meten zoals die optreden op het grensvlak tussen segmenten of ringen. Omdat te weinig bekend is over de mogelijkheden om binnen de beperkingen van het budget (400 kf) op een betrouwbare wijze schuifkrachten te meten, wordt afgezien van deze metingen. Voor schuifspanningen geldt namelijk dat deze indirect moeten worden gemeten via schuifrekken die uit rekrozetten dienen te worden bepaald. Er is geen ervaring in de betrouwbaarheid van dit soort metingen. Toepassing is alleen zinvol als vooraf onder geconditioneerde omstandigheden proeven worden gedaan om zo een relatie te kunnen leggen tussen de gemeten rekken in de rozetten en de opgelegde schuifspanning. Het zal daarbij bijzonder lastig zijn om de situatie in een gesegmenteerde lining na te bootsen. Om die reden is van het meten van schuifspanningen afgezien. De instrumentatie zal zich dus beperken tot het vastleggen van vervormingen in een segment. Overigens zal in paragraaf 4.2 aangegeven worden hoe op een indirecte manier toch een indruk van de optredende schuifkrachten kan worden verkregen. 3. Resultaten van de predicties volgens predictieplan [15] waren tijdens het opstellen van het meetplan niet beschikbaar. De instrumentatie is daarom onafhankelijk van deze predicties opgesteld. Wel is Holland Railconsult bereid geweest resultaten van een 3D model van een segmenteerde lining in de bouwfase beschikbaar te stellen, zoals geïntroduceerd in [17] en [18]. Met dit uitgebreide model zijn voorspellingen gemaakt van de rekverdelingen tijdens de bouw en de periode direct daarna. Ondanks dat dit model niet een gefaseerde berekening van de bouw betreft, zijn de resultaten nuttig geweest voor de bepaling van de ligging van de instrumenten. Immers, zo n berekening geeft een indicatie van de plekken waar grote verschillen in rekken over een kleine afstand kunnen worden verwacht. Juist daar dient de instrumentatiedichtheid hoog te zijn. 5

12 HOOFDSTUK 4 MEETMETHODE 4.1 Krachten en vervormingen in de ring Zoals uit het projectplan [12] blijkt, dienen de metingen inzicht te geven in de locale rekken en spanningen in een segment. Het ligt daarom voor de hand met rekopnemers te werken. Deze zijn namelijk door de geringe afmetingen overal in te zetten. Door koppeling van de gemeten rekken aan (in ontwikkeling zijnde) rekenmodellen, kunnen de locale rekken worden vertaald naar spanningen in de lining. Op basis van deze spanningen kan vervolgens een uitspraak worden gedaan over de momenten en normaalkrachten in de lining. Merk op dat dit een aanpak is die verschilt van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel. Bij deze ringen zijn alle segmenten gekalibreerd door middel van buig- en drukproeven. Uit deze proeven kon voor elk rekopnemer een rek-kracht en rek-moment relatie worden bepaald, onder de aanname dat in het segment een vlakke rektoestand heerste. Gebleken is in de analyse van de meetresultaten ([6], [8]) dat deze aanname niet kan worden gehanteerd in een gesegmenteerde lining. Een en ander betekent dat in de Botlekspoortunnel primair naar de rekken zal worden gekeken, waarbij rekenmodellen tot de vertaling naar spanningen, krachten en momenten dienen te leiden. Uit het projectplan komt naar voren dat het van groot belang is de metingen nog voor het aanbrengen van de tunnelsegmenten te starten. Dit impliceert dat de rekopnemers vooraf geplaatst dienen te worden op of in de segmenten. Het verdient de voorkeur de plaatsing van de instrumenten binnen de afmetingen van de segmenten te realiseren. Dit betekent dat de meetinstrumenten bij voorkeur in de betondoorsnede van de segmenten moeten worden opgenomen. Rekmetingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van rekstroken (weerstandsverandering) of via het principe van een snaar (frequentieverandering). Beide methoden worden beschouwd en geëvalueerd in hoofdstuk 6. Een belangrijk keuze-aspect bij het gebruik van rekopnemers is de verdeling van opnemers over de tunnelsegmenten. In dit hoofdstuk worden vier varianten gepresenteerd, die ieder met een speciaal doel zijn ontwikkeld. Daarnaast wordt aandacht besteed aan praktische beperkingen aan de inzet van de rekopnemers. In alle varianten die worden beschouwd in dit hoofdstuk, worden rekopnemers in paren ingezet. Dit wil zeggen dat op een bepaalde meetpositie zowel aan de binnenkant als de buitenkant van een segment wordt geplaatst. Het werken in paren geeft inzicht in de verdeling van de rekken over de hoogte van een segment. Dit is van belang bij de vertaling van rekken naar momenten en normaalkrachten met behulp van rekenmodellen, zoals eerder geschetst is. De segmenten van de Botlekspoortunnel worden geprefabriceerd. Omwille van een minimale ingreep in het bouwproces, verdient het de voorkeur geen meetinstrumenten voor het meten van krachten (zoals drukdozen) in de voegen te plaatsen. Dit zou leiden tot aanpassingen van de afmetingen van de segmenten en van de detaillering van de voegen. 6

13 4.2 Variant 1: Rekken rondom sluitsteen Doel De metingen in de Tweede Heinenoordtunnel hebben duidelijk gemaakt dat de verdeling van zowel normaalkrachten als momenten, ten gevolge van montagespanningen, veel grilliger is dan voorheen werd verondersteld. Zie bijvoorbeeld Figuur 1, waarin de verdeling van de tangentiele normaalkrachten in de tweede Meetring van de Tweede Heinenoordtunnel is weergegeven op verschillende tijdstippen. Kenmerkend is het onregelmatige verloop van de waarden van de normaalkracht. Merk op dat op een aantal plaatsen trek lijkt op te treden in de ring. Dit is op het eerste gezicht een onmogelijke situatie, maar valt te begrijpen door zich te realiseren dat in feite locale rekken zijn gemeten. Deze locale rekken zijn vertaald naar een kracht via een kracht-rek relatie die is opgesteld voor een vlakke rek toestand. Dit is fundamenteel onjuist en kan dus tot ogenschijnlijke grote trekkrachten leiden. In werkelijkheid is sprake van een lokaal gemeten positieve rek. De postdicties in de eerste orde evaluatie Tunnelconstructie van K100 hebben laten zien dat het zeer goed mogelijk is in een gesegmenteerde lining met geconcentreerde (axiale) krachtinleiding dat locaal trek optreedt in ringrichting. Dezelfde postdicties wijzen er op dat het werkelijke verloop van de tangentiele krachten nog veel grilliger is dan is afgebeeld in Figuur 1 door de invloed van krachtsinleiding in axiale richting op de krachtsverdeling in tangentiele richting Ntang(kN) uur 6 uur 330 dagen hoek (graden) Figuur 1 Verdeling van de tangentiële normaalkrachten over Meetring Zuid (Tweede Heinenoordtunnel) op drie kenmerkende tijdstippen [16]: 1.Direct na aansluiten van de apparatuur (0 uur), de ring is nog in het schild. 2. Na 6 uur, als de ring net blootgesteld is aan de invloed van de grond. 3. Na 330 dagen, de verdeling na bijna een jaar. 7

14 In [16] is daarnaast aangegeven hoe nabij de sluitsteen in tangentiele richting spanningsconcentraties kunnen optreden. Zie Figuur 2 hoe op basis van de waarnemingen in de rekopnemers een mogelijk spanningsverloop in Meetring Zuid is geschetst. Later uitgevoerde predicties met 3D modellen ([17], [18]) bevestigen overigens het optreden van spanningsconcentraties. Deze spanningsconcentraties leiden ertoe dat zeker niet van een vlakke rek toestand in een segmentdoorsnede mag worden uitgegaan. Het doel van rekverdeling variant 1 is om de ontwikkeling van spanningsconcentraties rondom de sluitsteen te onderzoeken Uitwerking Spanningsconcentraties kunnen niet rechtstreeks worden vastgelegd. Alleen in combinatie met (predictie)modellen is een uitspraak te doen over het verloop van de spanningen nabij de sluitsteen. Figuur 2 schetst op welke plaatsen rondom de sluitsteen opnemers (de dikke lijnen in de figuur) moeten worden geplaatst om een goede koppeling met modellen mogelijk te maken. drukpunt druklijn vijzelparen spanningstrajectoriën Figuur 2 Mogelijk verloop van spanningstrajectoriën nabij sluitsteen in Meetring [16], dat kan optreden als de ruimte voor de sluitsteen te klein is. In deze figuur is aangeduid hoe de instrumentatie van de meetring in de Botlekspoortunnel zou moeten zijn om het geschetste spanningsverloop te kunnen volgen. Tevens zijn de opnemers in de buurring voor onderzoek naar ring-ring interactie ingetekend. Variant 1. In de gedachtegang van opnemerverdeling variant 1 zijn er vier zones, met ieder een specifieke inzet van opnemers: de trapeziumvormige segmenten in de meetring, direct naast de sluitsteen, de sluitsteen van de meetring, de segmenten in de buurring, direct naast de sluitsteen van de meetring, 5 gewone segmenten in de meetring. Deze zones worden in het hiernavolgende achtereenvolgens behandeld. 8

15 Bij de trapeziumvormige segmenten worden 3 doorsneden uitgerust met tangentiele opnemers, met een oplopende dichtheid van opnemers richting de sluitsteen, zoals geschetst in Figuur 3. In axiale richting worden de druklijnen van de vijzels geïnstrumenteerd met opnemers. In de sluitsteen kan om praktische redenen (kleine lengte van het segment) slechts één doorsnede met tangentiele en axiale opnemers worden uitgevoerd, zoals geschetst in Figuur 2. Om het gedrag van de lining rondom de sluitsteen te onderzoeken is het wenselijk ook tangentiele opnemers te plaatsen in de ring direct naast de meetring, zoals geschetst in Figuur 2 en Figuur 12. In deze opzet worden in vier segmenten van de buurring tangentiele opnemers geplaatst. Naast het bestuderen van spanningstrajectorien kan hiermee een indruk worden gekregen van de mogelijke ringring interactie en de daarmee samenhangende schuifkrachten in de ringvoeg. druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b 200 1/2 l 1/4 l Figuur 3 Ligging opnemers in trapezium segment. Variant 1,2 en 4. Voor de overige, gewone, segmenten kan, mede uit kostenoverwegingen, met een beperkte inzet van rekopnemers worden volstaan. Gedacht wordt aan drie doorsneden ter hoogte van de druklijnen van de vijzels, ieder met vier axiale en vier tangentiele rekopnemers per doorsnede. Hier kan men de grootste rekken verwachten, zoals de postdicties in de eerste orde evaluatie THT ook aantonen. 1/2 l druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b Figuur 4 Ligging opnemers in gewoon segment. Variant 1,2 en 4. Voorgesteld wordt aan beide zijden van een segment, een rekopnemerpaar te plaatsen op circa een kwart van de breedte van het segment. De opnemers dienen op enige afstand van de rand te worden geplaatst om verstoringen door inleidingseffecten te voorkomen. Hiermee is bedoeld dat dicht bij de inleiding de d/dx zeer groot is, zodat de interpretatie van de gemeten rekken (bijvoorbeeld door kleine afwijkingen in plaatsing) lastig zal zijn. Daarnaast is dicht bij de rand de wapening dermate dicht dat het aanbrengen van opnemers lastig, zo niet onmogelijk, is. Merk op dat de precieze 9

16 plaatsing van de rekopnemers nog kan wijzigen op basis van de resultaten van de metingen bij de Tunnelproef. Er wordt daar met vergelijkbare posities van de opnemers gewerkt, zodat de meetresultaten van de experimenten in het Stevinlab aan kunnen geven of de voorgestelde indeling zinvol is. De hiervoor beschreven overwegingen leiden tot de meest gewenste verdeling van rekopnemers in de ring, zoals aangeduid in Figuur 12. Deze indeling leidt tot de volgende hoeveelheid opnemers: 5 gewone segmenten: 12 ax en 12 tang = 120 opnemers 2 trapezium segmenten: 8 ax en 18 tang = 52 opnemers 1 sluitsteen: 4 ax en 8 tang = 12 opnemers naburige ring: 30 tang = 30 opnemers Totaal : 214 opnemers. Merk op dat dit de enige variant is waarbij de naburige ring wordt geinstrumenteerd. Mogelijke praktische bezwaren (meer aansluitpunten en extra vertraging in bouwproces) zullen in hoofdstuk 5 worden beschouwd in de kostenanalyse. 4.3 Variant 2: Rekken in de tunnelbodem Doel In het segment nabij de tunnelbodem worden de grootste axiale krachten verwacht en, zoals reeds gemeld, geven de postdicties in de eerste orde evaluatie aan dat hier de grootste interactie tussen axiale en tangentiele rekverdeling kan worden verwacht. Om dit effect in de meetring te bestuderen is een zeer dichte instrumentatie van de tunnelbodem vereist, om de voorspelde sterke fluctuatie van tangentiele rekken te kunnen toetsen. In variant 2 wordt de naburige ring niet geinstrumenteerd. Dit heeft als voordeel dat mogelijke praktische bezwaren (meer aansluitpunten en extra vertraging in bouwproces) worden opgeheven Uitwerking Voorgesteld wordt om het segment nabij de tunnel bodem te instrumenteren zoals geschetst in Figuur 5. In deze opzet wordt het segment uitgerust met zeven geïnstrumenteerde doorsneden in tangentiele richting. Met deze intensieve instrumentatie moet het mogelijk zijn om het voorspelde verloop van tangentiele rekken door krachtinleiding in axiale richting te toetsen. Deze indeling leidt tot 32 extra opnemers ten opzichte van het basisnet in een gewoon segment. De verdeling in de overige segmenten is zoals geschetst in Figuur 3 en Figuur 4. Voor de sluitsteen wordt de opnemer zoals aangeduid in Figuur 2 aangehouden. 10

17 Het totaal aantal opnemers wordt daardoor: 4 gewone segmenten: 12 ax en 12 tang = 96 opnemers 2 trapezium segmenten: 8 ax en 18 tang = 52 opnemers 1 sluitsteen: 4 ax en 8 tang = 12 opnemers 1 bodemsegment: 28 ax en 28 tang = 56 opnemers Totaal : 216 opnemers. 1/4b druklijn vijzels 1/2 b 1/4 b 1/4 l 1/4 l 1/4 l 1/4 l Figuur 5 Ligging opnemers in segment nabij tunnelbodem. Variant Variant 3: Momentenverloop in ringrichting Doel Door over de gehele ring een in tangentiele richting een dicht net van opnemers te plaatsen, kan ee nauwkeurig beeld van het momentenverloop in ringrichting worden verkregen.te krijgen, dienen in tangentiele richting uitgebreider worden geinstrumenteerd Uitwerking Voorgesteld wordt om de gewone segmenten van de ring uit te voeren met vijf doorsnedes met tangentiele opnemers, zoals geschetst in Figuur 6. Omdat het accent in deze verdeling op het verloop van de tangentiele rekken in de gehele ring ligt, is gekozen voor een beperkte inzet van axiale opnemers. Ook voor de trapeziumvormige segmenten wordt de indeling ten opzichte van eerdere varianten, namelijk volgens Figuur 7. Voor de sluitsteen wordt de opnemerverdeling zoals aangeduid in Figuur 2 aangehouden. 11

18 1/2 l druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b Figuur 6 Ligging opnemers in gewoon segment voor een nauwkeurige bepaling van tangentieel verloop rekken. druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b 200 1/2 l 1/4 l Figuur 7 Ligging opnemers in trapezium segment voor een nauwkeurige bepaling van tangentieel verloop rekken. Het totaal aantal opnemers wordt daardoor: 5 gewone segmenten: 6 ax en 20 tang = 130 opnemers 2 trapezium segmenten: 4 ax en 22 tang = 52 opnemers 1 sluitsteen: 4 ax en 8 tang = 12 opnemers Totaal : 194 opnemers. 4.5 Variant 4: Momentenverloop en krachtinleiding Doel In variant 2 en 3 wordt respectievelijk gezocht naar een opstelling om invloeden van krachtinleiding en het verloop van momenten in ringrichting te kunnen onderzoeken. Gekozen kan worden voor een hybride aanpak, waarmee beide doelen onderzocht kunnen worden Uitwerking De rekverdeling in variant 4 is op details anders dan in variant 3, zie Figuur 8en Figuur 9.i met vijf doorsnedes met tangentiele opnemers, zoals geschetst in Figuur 6. Omdat het accent in deze verdeling 12

19 op het verloop van de tangentiele rekken in de gehele ring ligt, is gekozen voor een beperkte inzet van axiale opnemers. Ook voor de trapeziumvormige segmenten wordt de indeling ten opzichte van eerdere varianten, namelijk volgens Figuur 7. Voor de sluitsteen wordt de opnemerverdeling zoals aangeduid in Figuur 2 aangehouden. 1/2 l druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b Figuur 8 Ligging opnemers in gewoon segment in variant 4. druklijn vijzels 1/4b 1/2 b 1/4 b 200 1/2 l 1/4 l Figuur 9 Ligging opnemers in trapezium segment voor een nauwkeurige bepaling van tangentieel verloop rekken. Het totaal aantal opnemers wordt daardoor: 5 gewone segmenten: 12 ax en 20 tang = 160 opnemers 2 trapezium segmenten: 8 ax en 22 tang = 60 opnemers 1 sluitsteen: 4 ax en 8 tang = 12 opnemers Totaal : 232 opnemers. 4.6 Gewenste rekopnemerverdeling De gewenste variant kan het best worden gekozen als de laboratoriumproeven in het Stevinlab met de Botlekspoortunnelringen zijn afgerond. Daarnaast spelen de kosten een rol. Op de kosten zal in hoofdstuk 5 nog worden teruggekomen. 13

20 4.7 Praktische beperkingen Door de specifieke vorm van de segmenten is er een aantal beperkingen in de plaatsing van de opnemers. Zie de segmentplattegrond in de tekeningenbijlage. Links en rechts van de deuvel waarmee de vijzelkrachten worden ingeleid, zitten boutgaten voor de onderlinge verbinding van ringen. In de zone direct hiernaast kunnen beter geen rekopnemers worden geplaatst in verband met de verstorende effecten van het gat. Bovendien bevindt zich veel wapening rondom het gat, wat het moeilijk maakt ingestorte opnemers te gebruiken. In de middendoorsnede van het segment bevinden zich twee centreerkonussen, die omringd zijn door ringwapening. De zone rondom de centreerkonussen is niet geschikt voor toepassing van rekopnemers. In de middendoorsnede bevindt zich verder, exact in het middelpunt van het segment, een anker M16. Dit anker zit in de betondekking en hoeft geen belemmering te zijn voor het plaatsen van opnemers. Op ongeveer een kwart van de segmentbreedte bevindt zich een boutgat voor de verbinding tussen segmenten. Ook hier geldt: geen rekopnemers plaatsen in een zone om het gat. Het zij opgemerkt dat bij de indeling zoals geschetst in de figuren in dit hoofdstuk rekening is gehouden met bovenstaande beperkingen. Bij de sluitsteen en het trapeziumvormige segment lijkt wel een probleem te bestaan in verband met de ligging van de centreerkonussen. In de bijlage is in een uitgeslagen tekening aangegeven hoe de opnemers dan wel dienen te worden geplaatst. Hoewel er door deze praktische beperkingen wat geschoven wordt met opnemers, blijft het totaal 214 opnemers. 4.8 Inbouwmaten In het projectplan is voorzien in het vastleggen van de feitelijke inbouwmaten van de meetring. Het gaat daarbij om de posities van de segmenten ten opzichte van elkaar, in het bijzonder de verspringingen bij de voegen zoals die in de lining van de Tweede Heinenoordtunnel zijn waargenomen. Figuur 10 toont een voorbeeld van een verspringing ter plaatse van de ringvoeg. Deze verspringingen dienen vastgelegd te worden door middel van inmeten van de meetring. Om een koppeling met nu nog in ontwikkeling zijnde tunnelmodellen met een groot aantal ringen te realiseren, is het noodzakelijk om zowel direct na plaatsing van de meetring, als achteraf, als de volgtrein de meetring is gepasseerd, de meetring zeer nauwkeurig in te meten. De daarbij gewenste nauwkeurigheid is orde 0.1 mm. Uit het inmeten volgen de volgende zaken: ovalisatie van de ring als geheel en de voegverplaatsingen uit de verschillen in posities van de segmenten. Daarnaast kan worden gedacht aan het op video vastleggen van het gehele inbouwproces door twee waarnemers. Daarbij zal de volgende procedure worden gevolgd: Per segment filmt één waarnemer het hele traject vanaf het oppakken met de erector tot en met de fixatie van het segment met bouten. Met behulp van een schuifmaat worden door de tweede waarnemer de belangrijkste voegverplaatsingen vastgelegd, direct na plaatsing van een segment. Deze vastlegging wordt bovendien gefilmd door de eerste waarnemer. Achteraf worden de beelden van het plaatsen gekoppeld aan de opgenomen voegverplaatsingen. Op deze wijze kan op betrekkelijk goedkope wijze een goed beeld worden verkregen van de plaatsing van de meetring. 14

21 Figuur 10 Verspringing ter plaatse van voeg, zoals waargenomen in de Tweede Heinenoordtunnel. 4.9 Groutdrukken In commissie K340 is de wens geuit om inzicht te krijgen in de groutdrukken rondom de meetring. Zo n meting kan het best worden uitgevoerd op de wijze die BTC al toepast voor de bewaking van het groutproces, namelijk door middel van doorgevoerde groutdrukopnemers. Dit is een beproefde techniek en bovendien is op de volgtrein reeds een meet PC geplaatst om deze drukopnemers uit te lezen, waar K300 gebruik van kan maken. Hierdoor zijn er geen extra kosten verbonden aan dataacquisitie voor de drukopnemers. In de bekistingen van Schokindustrie is rekening gehouden met het aanbrengen van twee doorvoeren per segment. De doorvoeren bevinden zich op de posities die zijn geschetst in Figuur 11. Er zullen dus 14 groutdrukopnemers worden toegepast. De kosten per doorvoer bedragen NLG 1500, de opnemer zelf kost NLG 400. Rekening houdend met manuren en klein materiaal is in bijlage A begroot dat de totale kosten voor 14 drukopnemers NLG 3300 bedragen. Er zijn in het kader van dit project geen andere alternatieven beschouwd, omdat dan geen gebruik wordt gemaakt van de reeds aanwezige voorzieningen. Dat zal naar verwachting betekenen dat andere alternatieven veel duurder zijn. doorvoeropening Figuur 11 Ligging drukopnemers in 'gewoon segment. Alle varianten. 15

22 HOOFDSTUK 5 EVALUATIE EN VOORSTEL DATA-ACQUISITIE 5.1 Eisen, randvoorwaarden en uitgangspunten Voor het data-acquisitie en transmissie-systeem gelden de volgende eisen en randvoorwaarden: 1. Het systeem dient reeds voor de montage van de segmenten te kunnen registreren. De voorkeur gaat daarom uit naar een lokaal systeem, dat wil zeggen een systeem in of op een segment. Zo n lokaal systeem dient zowel de opnemers in het segment uit te lezen als ook de data op te slaan.. De werking van het lokale systeem kan vooraf worden getest. 2. Er wordt de eerste dag gemeten met een samplefrequentie van tenminste één per minuut. In de overige tijd kan met een lagere samplefrequentie worden volstaan, bijvoorbeeld 1 keer in 5 minuten. De totale meetduur is circa 1 week bij normale voortgang van het boorproces. 3. Alleen ruwe data wordt opgeslagen. 4. De opgeslagen data moeten geschikt zijn voor toekomstige automatische analyse. Daartoe worden de meetwaarden opgeslagen in een spreadsheet-formaat met eenduidige referentie naar de betreffende meetopnemer en de tijd van opslag. 5. Een centrale meet PC als back-up medium met een vrije ruimte van tenminste 25 Mb heeft de voorkeur. Bovendien kan hiermee on-line de werking van het meetsysteem worden getoetst. 6. Data-analyse is alleen mogelijk met de gegevens (files) die beschikbaar zijn op het back-up medium; 7. In de tunnel moet binnen 10 m van de meetring in een 220 V aansluiting worden voorzien. De afstand tussen de locatie van de centrale meet PC en de meetring is minder dan 30 m; 5.2 Beschrijving van de systeemonderdelen In het data-acquisitie en -transmissiesysteem zijn drie systeemonderdelen te onderscheiden, te weten: 1. Data-acquisitie; Exciteren van een snaarrekopnemer cq voeden van een rekstrook. Bij toepassing van snaarrekopnemers is een excitatie-signaal (een frequentie-signaal van 700 tot 1200 Hz) vereist om de meetwaarde uit te kunnen lezen. De mate van verandering van de frequentie is bepalend voor de opgetreden rek. Bij voorkeur vindt de data-acquisitie in of op het segment plaats. Rekstroken dienen gevoed te worden daar zij werken volgens de brug van Wheatstone. 2.Data-transmissie Vanuit de lokale meetsystemen wordt over een korte afstand (< 30 m) via een data-transmissie lijn een verbinding gelegd met de meet PC. Met betrekking tot data-transmissie zijn twee principe-oplossingen voorhanden, te weten: conventioneel, met een kabel, draadloos, met radiosignalen. 3.Data-opslag Ook voor de data-opslag zijn twee principe-oplossingen mogelijk: Opslag op een centrale PC via een centrale data-logger, die zich gedurende de meetduur (orde 1 week) op of nabij de volgtrein zal bevinden. 16

23 Lokale opslag direct op een data-logger in of op het segment. In dat geval is data-transmissie niet nodig. 5.3 Invulling van de systeemonderdelen bij gebruik snaarrekopnemers In de specificatie voor de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel [1] is uitgebreid ingegaan op de mogelijke uitvoering van de systeemonderdelen zoals beschreven in de vorige paragraaf. Voor achtergronden wordt daarom naar dit rapport verwezen. Essentieel is dat het data-acquisitie-systeem geschikt moet zijn voor het exciteren en inlezen van meetgegevens van snaarrekopnemers; Voor de Botlekspoortunnel zijn drie reële varianten te formuleren, die er allen vanuit gaan dat de dataacquisitie plaatsvindt in of op het segment. Dit zijn: 1. Centraal loggen en opslaan, verbinding met segmenten via kabels. 2. Centraal opslaan, draadloze verbinding met segmenten en lokaal loggen. 3. Lokaal loggen en opslaan. Van deze varianten worden in het hiernavolgende de voor- en nadelen behandeld. De kosten zijn afhankelijk van de te kiezen verdeling van rekopnemers en zijn begroot in Bijlage A. Deze kosten zijn in paragraaf samengevat Centraal loggen en opslaan, verbinding met segmenten via kabels Het centraal loggen en opslaan van de meetgegevens, waarbij de verbinding met de segmenten van de meetring via kabels verloopt is de conventionele oplossing. Belangrijk voordeel van deze oplossing is dat het goedkoop is. De conventionele oplossing is in alle gevallen veruit de goedkoopste oplossing. Een verder voordeel is dat er veel ervaring is met deze manier van werken, wat de robuustheid van het systeem ten goede komt. Belangrijk nadeel vormen de kabels in combinatie met de wens om reeds voor de plaatsing van een segment te meten. Dit kan leiden tot hinder voor de boorploeg. Met BTC is afgesproken dat hinder zal worden verrekend op basis van een uurtarief maal de opgelopen vertraging. Het is mogelijk dat, logistiek gezien, het onmogelijk zal zijn om gedurende het gehele bouwproces een segment aangesloten te houden. Het kan bijvoorbeeld noodzakelijk zijn om een kabel te verleggen, zodat een segment tijdelijk niet aangesloten is. De metingen bij de THT wijzen uit dat dit geen probleem hoeft te zijn, omdat deze handelingen betrekkelijk snel kunnen worden verricht. Bij een sampletijd van 1 minuut raken dan slechts enkele samples verloren Centraal opslaan, draadloze verbinding met segmenten en lokaal loggen Het centraal opslaan van de meetgegevens, waarbij de verbinding met de segmenten draadloos is, is de ideale oplossing in termen van de logistiek van het bouwproces, terwijl toch on-line gegevens beschikbaar zijn. Het is mogelijk om 8 signalen uit te zenden, ieder op een andere frequentie, die via een centrale ontvanger worden samengesteld tot één geordend pakket dat aan de data-logger wordt aangeboden. 17

24 Belangrijkste nadeel vormen de kosten van dit systeem, tenminste een factor 2 hoger dan datatransmissie via kabels. Dit hoge bedrag wordt vooral veroorzaakt door het feit dat in elk segment een data-logger én een radiotransmitter nodig is. Bovendien is er weinig tot geen ervaring met de werking van een draadloos systeem in een tunnel. Mogelijk zal interferentie optreden met andere radiobronnen in de tunnel, zoals walkie-talkie verkeer Lokaal loggen en opslaan Het lokaal loggen en opslaan van de meetgegevens is in feite het meetsysteem uit de vorige subparagraaf, echter zonder de radioverbinding en een centrale opslag op een PC. Hierdoor valt dit systeem een stuk goedkoper uit, maar nog steeds aanzienlijk duurder dan de conventionele uitvoering met kabels. Het lokaal opslaan vindt plaats door geheugenchips in de lokale dataloggers te plaatsen. Hierdoor is het niet mogelijk om on-line meetgegevens te bekijken Voorstel systeem voor snaarrekopnemers In de volgende tabel worden de verschillen tussen de systemen samengevat. Tabel 1 Eigenschappen van drie data acquisitie systemen. aspect centraal loggen, centraal loggen, decentraal loggen kabels radiografisch kosten vanaf NLG vanaf NLG vanaf NLG hinder boorploeg ja nee nee bekende technologie ja nee enigszins continu meten nee ja ja on-line meten ja ja nee Centraal loggen met radiografische transmissie is zeer kostbaar in het licht van het beschikbare budget: tenminste 39 % van 400 kf voor het DAS lijkt niet wenselijk. Daarnaast is met deze techniek nog geen ervaring in een tunnelomgeving. Radiografische transmissie lijkt daarmee voor dit project geen reele optie. Decentraal loggen is duurder dan centraal loggen met kabeltransmissie, maar leidt niet tot hinder van de boorploeg. Echter, met BTC is afgesproken dat hinder van de boorploeg, uitgedrukt in uren vertraging, op basis van een uurtarief 2, zal worden verrekend. Bovendien is de boorploeg gewend aan kabels nabij de TBM, aangezien BTC zelf ook kabels gebruikt om hun groutdrukopnemers te koppelen aan de meet PC op de volgtrein. Een belangrijk nadeel van decentraal loggen is dat er niet on-line wordt gemeten. Hierdoor zullen mogelijke problemen in het inlezen van signalen niet worden opgemerkt. Pas achteraf kan worden geconstateerd of alles heeft gewerkt. Bij centraal meten is die controle wel aanwezig. Gezien de korte tijdspanne waarin gemeten wordt, is dit een essentieel onderdeel om een succesvolle meting uit te voeren. 2 Dit uurtarief moet nog definitief doorgegeven worden door BTC. Ligt waarschijnlijk in de orde enkele duizenden guldens per uur. 18

25 Dit alles afwegende lijkt het centraal loggen met kabeltransmissie de beste optie te zijn. Daarbij is het van belang dat de uitvoerende partij met BTC tot goede afspraken komt, zodat de kabels aan de segmenten tot een minimale verstoring van het boor- en inbouw proces zullen leiden. 5.4 Invulling van de systeemonderdelen bij gebruik rekstroken Als rekstroken worden gebruikt, kan gezien de hoeveelheid te meten opnemers gebruik worden gemaakt van een meetsysteem zoals is toegepast bij de Tunnelproef. Dit systeem bestaat uit een datalogger en 8 meetkasten, waarop steeds 32 kanalen kunnen worden ingelezen (Totaal 256 kanalen). Dit is toereikend voor alle varianten voor de rekverdeling. Dit systeem kost NLG , exclusief meet PC en kabelwerk. Begroot kabelwerk bedraagt, zie bijlage A voor snaarrekopnemers, circa 1800 NLG. Voor een meet PC wordt NLG 5000 aangehouden. Totale kosten bedragen daarmee NLG Een systeem voor decentraal loggen van rekstroken is niet onderzocht, maar is hoogstwaarschijnlijk nog duurder. 5.5 Inventarisatie risico s Elk van de gepresenteerde data acquisitie systemen heeft specifieke risico s. Bij kabeltransmissie is het voornaamste risico kabelbreuk, bijvoorbeeld door werkzaamheden in de tunnel. Dit risico kan ondervangen worden door permanent in de meetperiode een meetploeg beschikbaar te hebben met reservematerialen om kabelbreuk te repareren. Een ander risico is dat het aansturen van de opnemers (excitator bij snaarrek) niet goed functioneert. Dit probleem wordt ondervangen bij centraal loggen, omdat de meetploeg dan on-line kan zien of de aansturing goed verloopt. Ook hier geldt dat de meetploeg de gereedschappen bij zich moet hebben om eventuele storingen te verhelpen. Bij decentraal loggen is het voornaamste risico dat niet on-line getoetst kan worden of er problemen zijn met de aansturing. In het ergste geval betekent dat dat na afloop van de meetperiode er geen goede meetresultaten zijn. Dit is inherent aan dit systeem. Bij radiotransmissie is storing van de transmissie door andere signalen een risico. Niet bekend is of dit kan optreden, daar er nog geen ervaring is met dit transmissie in een tunnel. Bij centraal loggen is uitval van de data-logger een risico, omdat dan alle gegevens verloren gaan. Deels wordt dit opgevangen door het feit dat aan de data-logger een PC hangt, waar de gegevens ook op worden opgeslagen. Bovendien verdient het aanbeveling bij deze PC een extra back-up medium te plaatsen (CD-writer, ZIP-disk). Het verdient verder aanbeveling dat de uitvoerende partij er zorg voor draagt dat bij uitvallen van een datalogger een reserve datalogger ingezet kan worden. 19

26 HOOFDSTUK 6 EVALUATIE EN VOORSTEL INSTRUMENTATIE 6.1 Benodigd meetbereik en resolutie van de meetopnemers Bij de metingen in de Tweede Heinenoordtunnel zijn de grootste rekken steeds gemeten direct nadat de meetring volledig uit het schild kwam. De grootste gemeten rekken bedroegen iets minder dan m/m. Deze rekken zijn waargenomen in de tangentiele rekopnemers. In de axiale opnemers waren, zoals verwacht [1], de waargenomen grootste rekken kleiner. Bij de meetringen in Heinenoordtunnel bleek dat ruwweg de helft van de rekken gerelateerd was aan montagespanningen (= m/m) en de andere helft veroorzaakt werd door de externe belasting op de ring (= m/m). Dit kan bij benadering worden opgemaakt uit de metingen aan de meetringen in de THT. De rekniveaus direct na aansluiting van de apparatuur, als een meetring nog in het schild is, zijn circa de helft van de rekniveaus direct na verlaten van het schild. Ergo, de verdeling montagerekken en rekken door externe belasting is orde 50/50. In de Botlekspoortunnel zullen de axiale krachten groter zijn door het gebruik van een EPB schild. Tentatief wordt aangenomen dat een EPB schild tot een factor 1.4 hogere krachten zal leiden. De meetring zal ter hoogte van doorsnede MQ4 worden geplaatst [19]. Ter plaatse van deze doorsnede ligt het tunneldak circa 22 m onder maaiveld. De meetringen in de Heinenoordtunnel hebben een gronddekking van circa 12 m. Verwacht mag daarom worden dat de grondbelasting op de Botlekspoortunnel groter zal zijn. Dit leidt tot circa een factor 22/12 = 1.83 hogere rekken ten gevolge van de grondbelasting. Verdere factoren die een rol spelen bij de grootte van de rekken zijn: de tunneldiameter: 9.5 in plaats van 8.3 m (circa een factor 1.15); de segmentdikte: 0.40 in plaats van 0.35 m (circa een factor 0.88); Op basis van bovenstaande schattingen voor schaalfactoren, kan een indruk worden gekregen van de te verwachten maximale rek in de onderhavige statische meetring. De bijdrage ten gevolge van grondbelasting wordt geschat op: 1.83*1.15*0.88* m/m. De bijdrage ten gevolge van montagespanningen wordt geschat op: 1.4*1.83*1.15*0.88* m/m. De totale geschatte rek, inclusief mogelijke effecten door montagespanningen, wordt daarmee m/m. Gezien de onzekerheden in de afgeschatte maximale rek wordt voorgesteld om een meetbereik van tenminste 650 aan te houden, een factor 1.5 hoger dan bovenstaande prognose. 20