Technolog ie-inventarisatie meetsystemen

Transcriptie

1

2 Technolog ie-inventarisatie meetsystemen L december 1998

3 Technologie-inventarisatie meetsystemen definitief december 1998 COB: L GD: CO /11 WL: 11506

4 COB: L definitief december 1998 SAMENV ATTING Bij het opzetten van het Integraal Boor Beheerssysteem wordt beoogd de invloed van het boren op de omgeving te minimaliseren door terugkoppeling van de boorproceseffecten op de bodem en gebouwen naar de TBM besturing. Om adequaat te kunnen anticiperen in het nog te boren traject, wordt verder beoogd een mogelijkheid te creëren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken. Eén van de functionele eenheden van het IDBS-systeem vormt de effect-meeteenheid, welke de effecten meten in de tunnelboormachine, de grond en de gebouwen. Een inventarisatie is uitgevoerd naar gewenste en beschikbare meetsystemen, die onderdeel moeten gaan uitmaken van genoemde effect-meeteenheid. Bij de technologie-inventarisatie van de meetsystemen is onderscheid gemaakt tussen meetsystemen in de TBM en meetsystemen in de grond en aan gebouwen. In het voorliggende rapport worden de resultaten van de technologie-inventarisatie van de meetsystemen gepresenteerd. In deel 1 worden de systemen voor de TBM behandel. In deel 2 worden de systemen voor de grond en gebouwen besproken. In het algemeen kan voor het meetsysteem van de TBM worden geconcludeerd dat voor een eerste orde IDBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes, zonder dat aanvullend onderzoek is vereist. Het tweede en derde orde generatie IDBS kan niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Met uitzondering van de maaiveldzakkingen, voldoen bestaande meetsystemen voor de metingen aan de grond en de gebouwen.

5 Titel en subtitel: Schrijvers: Technologie-inventarisatie meetsystemen GD: ing. A.J.M. Peters, ir. E.P. van Jaarsveld WL: ir F.W.J. van Vliet, J. van der Pot Datum rapport: Type rapport: december 1998 Rapportnummer opdrachtnemer: COB-document nummer: CO L Projectleider opdrachtnemer: Proj eetbegeleider opdrachtgever: ing. A.J.M. Peters Prof. W. Vlasblom Projectbegeleider opdrachtnemer: ir. E.P. van Jaarsveld Naam en adres opdrachtnemer: Naam en adres opdrachtgever: Grondmechanica Delft Centrum Ondergronds Bouwen Postbus 69 Postbus AB DELFf 2800 AK GOUDA Samenvatting rapport: Bij het opzetten van het Integraal Boor Beheerssysteem wordt beoogd de invloed van het boren op de omgeving te minimaliseren door terugkoppeling van de boorproceseffecten op de bodem en gebouwen naar de TBM besturing. Om adequaat te kunnen anticiperen in het nog te boren traject, wordt verder beoogd een mogelijkheid te ereeren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken. Eén van de functionele eenheden van het IBBS-systeem vormt de effect-meeteenheid. welke de effecten meten in de tunnelboormachine, de grond en de gebouwen. Een inventarisatie is uitgevoerd naar gewenste en beschikbare meetsysternen, die onderdeel moeten gaan uitmaken van genoemde effect-meeteenheid. Bij de technologieinventarisatie van de meetsystemen is onderscheid gemaakt tussen meetsystemen in de TBM en meetsystemen in de grond en aan gebouwen. In het voorliggende rapport worden de resultaten van de technologie-inventarisatie van de meetsystemen gepresenteerd. In deel 1 worden de systemen voor de TBM behandel. In deel 2 worden de systemen voor de grond en gebouwen besproken. In het algemeen kan voor het meetsysteem van de TBM worden geconcludeerd dat voor een eerste orde IBBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes. zonder dat aanvullend onderzoek is vereist. Het tweede en derde orde generatie IBBS kan niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Met uitzondering van de maaiveldzakkingen, voldoen bestaande meetsystemen voor de metingen aan de grond en de gebouwen Relationele rapporten: Trefwoorden: Verspreiding: COB-commissie L700 Classificatie: Classificatie deze pagina: Aantal blz.: Prijs: Intern COB-rapport Nee 57 Versie: Datum: Namens opdrachtnemer: Paraaf: Namens opdrachtgever: Paraaf: E.P.van Jaarsveld W. Vlasblom F.W.J. van Vliet -"" &J»:

6 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 artikel15a 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. II Rapport L Technologie-inventarisatie meetsystemen, december 1998, CUR/COB, Gouda. 11 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.

7 VOORWOORD De COB onderzoekscommissie L 700 "Integraal BoorBeheersSysteem IBBS" is in november 1996 opgericht met als doel de haalbaarheid van een integraal boorbeheerssyteem te onderzoeken. Een llibs is een besturingssysteem dat het boorproces in de tunnelboormachine zodanig bestuurt dat de door het boren veroorzaakte bodemontspanningen zo min mogelijk effect hebben op de bebouwing in het omgevingsgebied. Gedurende totstandkoming van dit rapport was de onderzoekscommissie L700 als volgt samengesteld: Prof. ir. W.J. Vlasblom, VOORZmER, TU-Delft Faculteit Ontwerp, Constructie en Productie. Dr. ir. R.P. Krom, SECRET ARIS, TNO Bouw Ir. J.W. Bosch, TauwMabeg Civiel en Bouw BV Ir. F.J. Kaalberg, Tunnel Engineering Consultants v.o.f Ir. E.P. van Jaarsveld, Grondmechanica, Delft Ir. J.G.S. Pennekamp, Waterloopkundig Laboratorium R.P.W.l Kloek, TNO Bouw Naast de leden van de onderzoekscommissie hebben Ir. P.W.l van Vliet, Waterloopkundig Laboratorium en ing. A.lM. Peters van Grondmechanica Delft een bijdrage geleverd aan dit rapport. De COB spreekt zijn dank uit aan alle instellingen die kennis en kunde hebben gedeeld voor de totstandkoming van dit rapport. Bijzondere dank gaat uit naar het Adviesbureau van de Noord-Zuidlijn voor het beschikbaar stellen van hun kennis en ideeën die reeds binnen de Noord-Zuidlijn aanwezig waren met betrekking tot dit onderwerp. Eveneens is dankbaar gebruik gemaakt van de opgedane ervaring binnen het proefproject Tweede Heinenoord Tunnel. Gouda, November 1998 Het Bestuur van het COB

8 COB: L definitief december 1998 INHOUD SAMENVATTING 1 DEELt TBM Hoofdstuk 1 Hoofdstuk 2 Hoofdstuk 3 Hoofdstuk 4 Hoofdstuk 5 INLEIDING 1 PROGRAMMA VAN EISEN TBM-MEETSYSTEMEN Boorprocesinstellingen en boorprocestoestand Eisen aan het meetsysteem 3 OVERZICHT BESCHIKBAAR MEETAPPARATUUR Totaaldruk van suspensie / grond Niveau spoelv loeistof Metingen aan snijradcilinders Schild voortstuwing Draaimoment (koppel) van het snijrad Ruimtelijke positie van het schild Groutdruk en -viscositeit Grout debiet 9 VERGELIJKING PVE MET BESTAANDE TECHNIEKEN Inleiding Programma van eisen Vergelijking met bestaande technieken 17 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 21 DEEL 2 GROND EN BELENDINGEN Hoofdstuk 6 Hoofdstuk 7 Hoofdstuk 8 PROGRAMMA VAN EISEN Inleiding Praktijkrandvoorwaarden Meetspecificaties 24 LITERATUURSTUDIE Instrumenten IBBS Data-inwinning 29 INSTRUMENTEN EN TOETSING Maaivelddeformatie Total Station Automatisch waterpassysteem Slangenwaterpas Zettingsmeetslang Elektronische tiltmeters Glasvezels en optische technieken Horizontale deformatie van de ondergrond 34

9 COB: L definitief december Verticale deformatie van de ondergrond Staaf-extensometer Fixed micrometer Gronddruk in de ondergrond Waterspanningen in de ondergrond Deformatie gebouwen Verkenning grondgesteldheid voor het boorfront.. 38 Hoofdstuk 9 CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN 40 Bijlagen: Bijlage A Bijlage B Bijlage C Bijlage E Bijlage F Bijlage G Bijlage H Bijlage I Bijlage J Bijlage K Bijlage L Bijlage M Bijlage Al Bijlage BI Bijlage B2 Bijlage B3 Bijlage B4 Bijlage B5 Bijlage B6 Bijlage B7 Bijlage B8 Bijlage B9 Bijlage BW Bijlage BIl Bijlage Bl2 Bijlage B13 Bijlage B14 Bijlage B 15 Drukopnemer voorzien van scheidingsmembraan Drukopnemer voorzien van een coating Drukopnemer voorzien van een keramisch membraan Capacitieve electrodes Akoestische niveau meters Radar niveau meter Luchtdruk Magnetostriktieve verplaatsingsopnemer Incremental encoder Askoppelmeter Ruimtelijke positie van het schild Groutdruk in de staartspleet Overzicht instrumenten en eigenschappen Automatic survey station Vibrating Wire Settlement Systems Multipoint Liquid Level System Chain-deflectometer EL Horizontal In-place IncIinometer EL Vertical In-place Inclinometer Vibrating Wire In-place Inclinometer Rad Extensometer Fixed Re-installable Micrometer VW Stress Stations Spannungsmonitorstation High Performance Piezometers VW Peizometer EL BEam Sensor VW Crackmeter

10 Deell TBM

11 COB: L definitief december 1998 Hoofdstuk 1 INLEIDING In de TNO-rapportage ten aanzien van het functioneel en conceptueel ontwerp van het IBBS wordt beschreven dat het systeem gevoed zal worden met meetinformatie op drie deelgebieden, te weten TBM-informatie, bodeminformatie en gebouwinformatie. In dit rapport wordt een inventarisatie uitgevoerd naar mogelijk en beschikbaar meetinstrumentarium voor het verwerven van TBM-informatie. Hierbij is de aandacht primair gericht op de parameters die in de TNO-rapportage worden aangeduid als in gangs- of basisparameters voor het IBBS. In de inventarisatie wordt aandacht besteed aan meetprincipes, meetbereiken en meetnauwkeurigheden en worden specificaties gegeven van bestaande apparatuur. Het dient opgemerkt dat een groot deel van de meettechniek aansluit bij die die gebruikt wordt en ontwikkeld is door TBM-bouwers en aannemers ten behoeve van het operationeel beheer. Voorts dient opgemerkt dat onder invloed van de huidige proefprojecten er verscheidene meetmethoden in ontwikkeling zijn. Dit geldt voor de traditioneel te monitoren parameters maar ook voor de parameters die inmiddels gebleken zijn van groot belang te zijn, met name wordt hier het groutproces bedoeld. Het rapport sluit aan op de overige in het kader van het IBBS geschreven rapporten en beslaat de instrumentatie ten behoeve van het meten van processen in een slurryschild. Metingen die specifiek zijn voor een EPB-schild worden niet uitgewerkt. In hoofdstuk 2 wordt weergegeven welke processen in het functioneel ontwerp van het IBBS zijn aangemerkt om te worden gemonitoord. Tevens wordt in dit hoofdstuk aangegeven welke algemene eisen dienen te worden gesteld aan een meetsysteem in een TBM. In hoofdstuk 3 wordt een overzicht gegeven van de meetprincipes die kunnen worden toegepast om de in hoofdstuk 2 vastgesteld processen te monitoren. Hierbij wordt aandacht besteed aan de nauwkeurigheid van de verschillende principes. In hoofdstuk 4 wordt een vergelijking gemaakt tussen het programma van eisen als opgesteld door Witteveen + Bos en het in hoofdstuk 3 weergeven overzicht van beschikbare meetprincipes. Het rapport wordt in hoofdstuk 5 afgesloten met conclusies en aanbevelingen. 1

12 COB: L definitief december

13 COB: L definitief december 1998 Hoofdstuk 2 PROGRAMMA VAN EISEN 2.1 Boorprocesinstellingen en boorprocestoestand In het functioneel ontwerp van het IDBS wordt voor de tunnelboormachine onderscheid gemaakt tussen enerzijds "boorprocesinstellingen" en anderzijds "boorprocestoestand", Boorprocesinstellingen zijn TBM-onafhankelijk en dienen in het TBM-besturingssysteem te worden omgezet in TBM-instellingen. Deze omzetting is machine specifiek. Als belangrijkste boorprocesinstellingen worden genoemd: gewenste voortgangsrichting(sverandering) van de TBM gewenste boorfrondruk gewenste groutdruk en groutvolume in staartspleet gewenste graafkracht en rotatiesnelheid van het snijrad gewenste slurry-eigenschappen in de mengkamer In een TBM zorgen diverse regelsystemen (en!of de operator) voor regeling van de TBM- "actuatoren" en handhaving van de boorprocesinstellingen door bijsturing van de TBMinstellingen. De boorprocestoestand beschrijft de toestand van de diverse processen m de TBM. De belangrijkste parameters zijn: positie en oriëntatie van de TBM suspensiedruk aan het boorfront rotatiesnelheid van het snijrad grondtransport (afvoersnelheid) vanuit de mengkamer voortstuwingskracht en -richting van het schild groutdruk in de staartspleet en verpompt groutvolume In hoofdstuk 3 worden de meetprincipes waarmee genoemde parameters kunnen worden gemonitoord achtereenvolgens besproken. 2.2 Eisen aan het meetsysteem Afgezien van instrument-specifieke eisen, dienen ook eisen te worden gesteld aan het meetsysteem als zodanig: De meetfrequentie waarmee processen dienen te worden gemonitoord hangt samen met de tijd die verstrijkt tussen het meten enerzijds en het uitvoeren van een sturende handeling anderzijds. Voor het handhaven van de boorpocesinstellingen is een cyclustijd van orde grootte seconden noodzakelijk zodat een meetfrequentie van 0,3 à 1,0 Hz is vereist. 3

14 COB: L definitief december 1998 Omdat de meetsystemen moeten functioneren onder zeer instrument-onvriendelijke omstandigheden worden hoge eisen gesteld aan de robuustheid van opnemers en dataacquisitie. De instrumenten dienen bestand dan wel beschermd te zijn tegen onder andere stof en vuil, schokken en trillingen, mechanische belasting en temperatuurschommelingen. De instrumenten in de TBM moeten gedurende het gehele boorproces functioneren. De levensduur moet dus vele maanden bedragen. Het vereiste meetbereik van de instrumenten is afhankelijk van de specifieke omstandigheden en ontwerp van de TBM. Het verdient voorkeur om voor het meetsysteem een eigen groep van 220 V te hebben die niet gestoord wordt door andere installaties. Voorkomen dient te worden dat signalen worden gestoord door aanwezigheid van sterkstroomkabels. 4

15 COB: L definitief december 1998 Hoofdstuk 3 OVERZICHT BESCHIKBAAR MEETAPPARA TUUR Onderstaand wordt een overzicht gegeven van de meetprincipes die kunnen worden toegepast om de in hoofdstuk 2 gegeven parameters te monitoren. De nauwkeurigheden die worden genoemd zijn indicatief voor de betreffende meetprincipes en kunnen per fabrikant verschillen. 3.1 Totaaldruk van suspensie I grond Drukopnemer voorzien van scheidingsmembraan Voor het monitoren van de druk in de mengkamer kan gebruik worden gemaakt van industriële drukopnemer voorzien van een voorliggend scheidingsmembraan. De drukoverdracht van scheidingsmembraan naar drukopnemer vindt plaats door een vloeistof vulling (een voorbeeld hiervan zijn de Glötzl opnemers, zoals gebruikt in de TBM van de Tweede Heinenoordtunnel). - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf 1 bar : ca. 0,5% van het meetbereik Opmerking: Een blijvende vervorming van het membraan door bijvoorbeeld indrukken via een steen, kan een blijvende nulpuntverschuiving geven. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage A. Drukopnemer voorzien van een coating Tevens kan gebruik worden gemaakt van een industriële drukopnemer, voorzien van een coating (vaak polyurethaan): - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf 5 bar : ca. 1% van het meetbereik Opmerking: Dergelijke drukopnemers zijn reeds langer in gebruik in de beton industrie. In verband met nauwkeurigheidseisen zijn voor de Tweede Heinenoordtunnel drukopnemers met betere specificaties ook voorzien van een pur coating. De coating functioneert goed maar door nog onbekende oorzaak trad bij deze opnemers veel nulpunt verloop op. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage B. Drukopnemer voorzien van een keramisch membraan Ten slotte kan gebruik worden gemaakt van industriële drukopnemer voorzien van een keramisch membraan. Bij een juiste constructie van het membraan kan dit direct aan de suspensie of grond worden blootgesteld: - meetbereik - nauwkeurigheid ; vanaf < 1 bar : ca. 0,1% van het meetbereik. 5

16 COB: L definitief december 1998 Opmerking: Bij toepassing voor drukmetingen aan bijvoorbeeld grout kan, om aanhechten van het grout op het membraan te voorkomen, in een coating van bijvoorbeeld PTFE voorzien worden. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage C. 3.2 Niveau spoelvloeistof Metalen electrodes Als de vloeistof de electrodes bereikt wordt een weerstandsverandering gemeten: tussen de electrodes - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van de plaatsing van de electrodes : ca. 5 mm. Opmerking: de meting is een aan I uit meting. De stapgrootte wordt bepaald door de posities van de electrode paren. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage D. Capacitieve electrode van de indompel- De electrische capaciteit van een geïsoleerde draad of staaf is afhankelijk diepte in een geleidende vloeistof: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca. 0,5 tot 1 m : ca. 0,5% van het meetbereik. Opmerking: door kleef van de vloeistof aan de electrode kan een meetfout ontstaan. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage E. Akoestische niveau meters Met een transducent wordt een akoestische puls opgewekt. Het niveau wordt gemeten door de tijd te bepalen die de puls nodig heeft om na reflectie op het vloeistof niveau weer bij de transducent terug te komen: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca. 0,2 m tot 20 m : ca. 0,5% van het meetbereik. Opmerking: akoestische niveaumeters hebben meestal een zogenaamde dode band van ca. 0,5 m onder de transducent waarin niet gemeten kan worden. De meting is temperatuur afhankelijk: hiervoor kan gedeeltelijk worden gecompenseerd. De meetmethode is niet toepasbaar bij schuimvorming op de vloeistof. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage F. Radar niveau meter Net als bij een akoestische niveau meting wordt een looptijd bepaald, in dit geval van een radar puls: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca. 0,2 m tot 20 m : ca. 0,2% van het meetbereik. 6

17 COB: L definitief december 1998 Opmerking: de meting is niet temperatuur afhankelijk. De meetmethode is ook toepasbaar bij schuimvorming op de vloeistof. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage G. Luchtdruk Voor het bepalen van de luchtdruk zijn vele opnemers verkrijgbaar: - meetbereik - nauwkeurigheid : 800 tot 1200 mbar : vanaf 0, 1 mbar tot enkele mbar. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage H. 3.3 Metingen aan snijradcilinders De verplaatsing van een cilinder wordt veelal gemeten met een magnetostriktieve verplaatsingsopnemer of met een verplaatsingsopnemer die gebaseerd is op het tellen van lengte markeringen (incremental encoder). Vaak kan met deze typen verplaatsingsopnemers ook de bewegingssnelheid gemeten worden. Magnetostriktieve verplaatsingsopnemer - meetbereik : van ca. 25 mm tot ca. 7,5 m - nauwkeurigheid : 0,02% van het meetbereik. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage 1. Incremental encoder - meetbereik : geen limiet, maar afhankelijk van het bereik van de electronische teller van het systeem - nauwkeurigheid : wordt voor een groot deel bepaald door de nauwkeurig heid waarmee de markeringen zijn aangebracht. Opmerking: in tegenstelling tot de magnetostriktieve opnemer is een incremental encoder meting niet absoluut. Bij spanningsuitval weet het systeem de juiste positie niet meer. Dit kan ondervangen worden door het geheugen van het systeem van een back-up batterij te voorzien. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage J. Stuwkracht hydraulische vijzels De stuwkracht van de vijzels is afhankelijk van het zuigeroppervlak van de cilinder en de druk in de cilinder. De druk kan met een industriële drukopnemer gemeten worden. - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van systeemdruk : 0,1% van het meetbereik 3.4 Schild voortstuwing Stuurkrachten op het schild De stuurkrachten worden bepaald door de vijzeldrukken te meten. De druk kan met een industriële drukopnemer gemeten worden: 7

18 COB: L definitief december meetbereik - nauwkeurigheid ; afhankelijk van systeemdruk : 0,1% van het meetbereik. Stuurrichting schild De stuurrichting van het schild kan bepaald worden door de snelheidsverdeling te meten van de vijzels die het schild voortduwen. Deze kan worden bepaald door de verplaatsing in de tijd te bepalen. De meting van de cilinderverplaatsing kan worden uitgevoerd met een magnetostriktieve verplaatsingsopnemer of met een verplaatsingsopnemer die gebaseerd is op het tellen van lengte markeringen (incremental encoder). Zie hiervoor paragraaf Draaimoment (koppel) van het snijrad Askoppelmeter Het koppel op de as van het snij rad kan bepaald worden door met rekstrookmetingen de torsie van de as te meten. Als de materiaal eigenschappen van de as bekend zijn kan het koppel bepaald worden: - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van het systeem : 0,5% van het meetbereik voor de torsiemeting. Opmerking: door de beperkte lengte van de as van het snij rad is het soms niet mogelijk om een askoppel meter te monteren. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage K. Opgenomen vermogen hydraulische motor Het koppel op de as van het snijrad kan ook bepaald worden door het door de aandrijvende hydromotor opgenomen vermogen te meten Het opgenomen vermogen van een hydromotor wordt bepaald door het rendement, de drukval over de motor en het toerental. Drukval en toerental kunnen nauwkeurig gemeten worden. Voor het rendement kan veelal slechts een schatting gegeven worden. - meetbereik - totale nauwkeurigheid : afhankelijk van het systeem : ca. 10% van het meetbereik 3.6 Ruimtelijke positie van het schild De ruimtelijke positie van het schild kan bepaald worden door vanuit een bekend punt afstand, richting en hoogte te meten. Er zijn geavanceerde, geautomatiseerde systemen ontwikkeld die deze metingen doen en voor bijvoorbeeld tunnelboormachines aangeven wat de afwijking is ten opzichte van de gewenste positie. Dit type systemen bevat vaak ook inclinometers om de helling en de verrolling van het schild te bepalen. - meetbereik : door het vormen van een netwerk van bekende punten - nauwkeurigheid onbeperkt : de geschatte fout bij tunnelmetingen is ca. 0,05 mikm. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage L. 8

19 COB: L definitief december Groutdruk en -viscositeit Groutdruk in de staartspleet De groutdruk achter het schild zou gemeten kunnen worden met de zogenaamde borrelbuis meetmethode. Via een in het schild aangebrachte leiding die vlak bij de uitstroomopening van de groutleiding eindigt wordt een kleine hoeveelheid vloeistof in het grout gespoten. De druk die daarvoor nodig is, is gelijk aan de groutdruk. De druk in de borrelbuis kan gemeten worden door op een bereikbare plaats een drukopnemer te plaatsen. Omdat de drukopnemer niet met grout in contact komt, kan een standaard industriële drukopnemer toegepast worden. - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van maximale groutdruk : 0,5% van het meetbereik Opmerking: een aandachtspunt bij deze meetmethode is dat uithardend grout de borrelbuis niet mag verstoppen. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage M. Grout viscositeit Met een drukverschil opnemer kan de drukval over een leidingstuk gemeten worden. Als de specifieke massa van de groutsuspensie bekend is kan uit het gemeten drukverschil de viscositeit van de suspensie bepaald worden. - meetbereik drukverschil opnemer - nauwkeurigheid drukmeting : 50 à 100 mbar : 0,1% van het meetbereik Opmerking: om meetfouten te voorkomen moeten de drukopnemer en de meetleidingen naar de drukopnemer hydraulisch correct aangelegd worden. 3.8 Grout debiet Plunjerpomp met slagen teller - meetbereik : vanaf een slag - nauwkeurigheid : afhankelijk van de vulgraad van de plunjer. Opmerking: bij de Tweede Heinenoordtunnel is gebleken dat voor grout een debietmeting via de slagentellers van een plunjerpomp erg onnauwkeurig is. Niveau meting in de grout voorraadbak Door voor en na een grout injectie het niveau van de voorraadbak te meten kan de verpompte grouthoeveelheid bepaald worden. Bij de Tweede Heinenoordtunnel wordt het niveau met een duimstok gemeten. Als alternatief zou een akoestische niveau meter gebruikt kunnen worden. - meetbereik : minimaal de dode band van de opnemer plus niveau - nauwkeurigheid niveau variatie in de bak : 0,5% van het meetbereik 9

20 CaB: L definitief december 1998 Elektromagnetische debietmeter Met dit instrument kan het momentane debiet gemeten worden. De debietmeter kan als optie van een zogenaamde totalisator voorzien worden. Hiermee kan de verpompte hoeveelheid vloeistof bepaald worden. - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van boorproces : 0,2% van het ingestelde meetbereik Opmerking: om verzekerd te zijn van een correcte meting moet een elektromagnetische debietmeter gekozen worden waarmee een extra sterk magnetisch veld opgewekt kan worden. 10

21 COB: L definitief december

22 eob: L definitief december 1998 Hoofdstuk 4 VERGELIJKING PVE MET BESTAANDE TECHNIEKEN 4.1 Inleiding In dit hoofdstuk wordt een vergelijking gemaakt van het programma van eisen (PvE) als opgesteld door Witteveen + Bos en de in het voorgaande hoofdstuk weergegeven overzicht van beschikbare meetapparatuur. Uitgangspunt is een zettingsgeoriënteerde besturing voor een slurryschild met een diameter van circa 7 m. In de tabellen zijn de grootheden die betrekking hebben op een tweede en derde generatie mbs met een grijze achtergrond weergegeven. De eerste tabel is rechtstreeks afkomstig uit een rapport van Witteveen + Bos en bestaat uit een opsomming van de physische grootheden die dienen te worden gemeten in een mbs, met vermelding van het meetbereik en de meetnauwkeurgheid. In de de tweede tabel zijn dezelfde items genoemd en is aangegeven of voor het monitoren van de betreffende grootheden geschikte meetmethoden bestaan en of er additionele ontwikkeling is vereist voordat deze instrumenten kunnen worden toegepast. 12

23 COB: L7oo-02 definitief december IEenheid IW I I I 6 I I kn 3000 knm 1000 knm IBoorfront aan het boorfront Ibar 7 ondersteuningssysteem druk 2 sec

24 I lj:l o u

25 COB: L definitief december 1998

26 u

27 L definitief december 1998 I Meting of Eerder bereking? uitgevoerd? 2 3 nee nee nee 6 ja nee

28 eob: definitief december nee ja ja ja nee TBM's berekening ja nee 19 nee ja nee meting ja nee ja nee ja nee 18

29 COB: definitief december 1998 IAfvoerleiding- I meting I ja I nee ja ja Ja I Kleme scl1eetstandl1oeken nretneem voor ja Iin de staartspleet (t.p, v, injectie- I meting I die claimen 19

30 eob: L definitief december Drukverdeling in het steunmedium in meting nee - meting ja 36 meting 37 1 Volgsysteem meting ja nee nee maar wel

31 december Hoofdstuk 5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN In algem~en kan geconcludeerd worden dat voor een eerste orde mbs de meeste physische grc)otltleclenkunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes, zonder dat aanvullend onderzoek is vereist. onderdelen die nog wel nadere studie vragen zijn: lil de aandrijfkracht van de hoofdvijzels op het schild (onderzoek vindt plaats in KlOO) lil de vol~stroom van het steu~ium in de staartspleet (groutdebiet) de drukverdeling in het ste~ium in de staartspleet (groutdruk). De meetprincipes die in hoofdstuk 3 worden beschreven komen voor een deel overeen met de principes momenteel in TBM' s worden toegepast. Het verdient aanbeveling bij het beïnstru~nteren van TBM' s deze andere meetprincipes af te wegen tegen de bestaande principes. Het tweede en derde orde mes (grijze vakken in de tabellen van hoofstuk 4) kunnen niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Naast de instrumenten die in het kader van het eerste orde mbs moeten worden ontwikkeld vragen met name de volgende onderdelen nadere aandacht: lil Boorsysteem: krachten op en slijtage van tanden lil Boorfrontondersteuningssysteem: meting van geotechnische parameters in ongestoorde grond vanuit detbm lil Schildsysteem: drukken en wrijvingsweerstand langs het schild lil Aandrijfsysteem: reactie draaimoment hoofdvijzels lil Tunneluitbouwsysteem: koersafwijking en vormafwijking van de tubbingring

32 COB: L definitief december 1998 Deel 2 GROND EN BELENDINGEN 22

33 COB: L definitief december 1998 Hoofdstuk 6 PROGRAMMA VAN EISEN 6.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de eisen aangegeven die worden gesteld aan een Integraal BoorBeheers Systeem. De eisen zijn opgesteld op basis van het volgende: Basisprojectplan CUR/COB Ontwikkeling Integraal Boorbeheerssysteem, W. Leendertse, dd 16 oktober "Functionele specificatie IBBS" F. Kaalberg en J. Bosch, dd 20 maart Technologie-inventarisatie IBBS, Plan van aanpak, E. van Jaarsveld en J. Pennekarnp, dd 20 januari Discussies in de werkgroep L700 onder voorzitterschap van W. Vlasblom. Eigen inzichten binnen Grondmechanica Delft gebaseerd op de praktijkervaringen bij de Heinenoordtunnel en andere instrumentatieprojecten. Voor het opstellen van een Programma van Eisen is een duidelijke definitie van het Integraal BoorBeheers Systeem (IBBS) noodzakelijk. Het basisprojectplan geeft het volgende: "Het doel van de ontwikkeling van een IBBS is om de TBM processen te sturen vanuit het perspectief van de functie die de TBM vervult. Concreet betekent dit dat de TBM zodanig wordt gestuurd dat de (ont) spanning en daaruit voortvloeiende gronddeformaties c.q. maaiveldzettingen zo goed mogelijk beheerst worden. De meest voor de hand liggende manier om dit te realiseren is om de bodemontspanningseffecten te meten en terug te koppelen naar het IBBS voor sturing van de TBM processen." Wij vertalen dit in de volgende korte definitie: Het IBBS is een volledig automatisch meet- en regelsysteem met als doel het boorproces in belangrijke mate te sturen op minimalisering van beïnvloeding de omgeving (maaiveld, funderingen, gebouwen). In de meest ideale situatie gaat deze definitie dus uit van een volledig automatische sturing van het boorproces. In de praktijk kunnen er ook eerst tussenvormen ontstaan waarbij bijvoorbeeld de meetresultaten online beschikbaar zijn maar deze eerst worden geïnterpreteerd waarna het boorproces handmatig wordt bijgestuurd. Hierbij is dus sprake van een menselijke tussenkomst. Voor het opstellen van het Programma van Eisen wordt echter uitgegaan van de gestelde defmitie (volledig automatisch) waardoor bijvoorbeeld de eisen wat betreft aantallen meetpunten en meetfrequenties hoger zijn. 6.2 Praktijkrandvoorwaarden Aangezien het IBBS vooral ingezet zal worden in stedelijk gebieden stelt dit reeds de volgende belangrijke randvoorwaarden aan de te kiezen meetinstrumenten: 1. De instrumenten zullen zodanig uitgevoerd moeten zijn dat ze bestendig zijn tegen vandalisme en diefstal. 2. De wijze van installatie dient zodanig plaats te vinden dat de doorgang van het verkeer slechts in beperkte mate wordt gehinderd. Het kan niet zo zijn dat bijvoorbeeld elke 10 meter de straat over de volle breedte moet worden opengebroken voor het aanbrengen van meetinstrumenten. 3. De instrumenten moeten zo zijn te installeren dat de kans op verstoring van het boorproces minimaal is. 23