PRIJS 1450 ONDERZOEKSRAPPORT L70002 TECHNOLOGIE-INVENTARISATIE MEETSYSTEMEN
COB - CENTRUM ONDERGRONDS BOUWEN Het Centrum Ondergronds Bouwen wil als kennisnetwerk oog en oor zijn voor alles wat met ondergronds bouwen te maken heel! Vanuit de visie dan ondergrond ruimtegebruik en essentiele bijdrage levert aan een mooi leelbaar en slagvaardig Nederland stimuleert het COB de dialoog tussen aile mogelijke partijen die een rol spelen bij de verkenning van belemmeringen en mogelijkheden van het bouwen onder de grond Naast het (mede) uitvoeren van onderzoeken is het COB actiel op het gebied van communicatie kennismanagement en onderwijs onder meer door de ondersteuning van een leerstoel ondergronds bouwen aan de TU Delft en het lectoraat ondergronds ruimtegebruik aan de Hogeschool Zeeland Meer dan honderd organisaties uit het bedrijlsleven de overheld alsmede kennisinstituten bundelen in het COB hun krachten en expertise Het COB maakt deel uit van het CURNET en stemt zijn activiteiten al met andere deelnemers aan dat netwerk zoals CUR Habilorum en SKB Daarnaast heelt het COB een Memorandum 01 Understanding met de Japan Tunneling Association (JTA) en stimuleert het internationale uitwisselingen met andere landen COB is mede initiatielnemer van het nieuwe onderzoeksprogramma ECON en werkt nauw samen met Dellt Cluster COB NA 2003 In 2003 loopt de tweede onderzoeksperiode van het COB al In nauw overleg met de participanten is een businessplan opgesteld voor de periode 2004-2007 Hierin wordt ook een aangepaste programmeerwijze voorgesteld waarbij een grote nadruk op alstemming tussen vraag en aanbod zai "orden gelegd De in het businessplan genoemde speerpunten voortgekomen uit een brede consultatie van het COB netwerk vormen het uitgangspunt voor de programmering van onderzoeksprojecten De speerpunten bieden een locus voor de programmering en doen recht aan de visie van de komende jaren: \Samenwerken aan het verantwoord ontwikkelen bouwen en beheren van ondergrondse ruimte'
Technologie-inventarisatie meetsystemen definitief december 1998 COB: L700-02 GD: CO-381590/11 WL: 11506
COB: L700-02 definitief december 1998 INHOUD SAMENV ATTING "'" """"'" """"" """""" """"'" ""'" """ 1 DEEL 1 TBM Hoofdstuk 1 Hoofdstuk 2 Hoofdstuk 3 Hoofdstuk 4 Hoofdstuk 5 INLEIDING """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" PROGRAMMA VAN EISEN TBM-MEETSYSTEMEN 3 21 Boorprocesinstellingen en boorprocestoestand 3 22 Eisen aan het meetsysteem 3 OVERZICHT BESCHIKBAAR MEETAPPARATUUR 5 31 Totaaldruk van suspensie / grond """"""""""""""'" 5 '''''''''''''''''''''''''' 32 Niveau spoelvloeistof """'''''''''''''''''''' 6 33 Metingen aan snijradcilinders 7 34 Schild voortstuwing """"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 7 35 Draaimoment (koppel) van het snijrad 8 36 Ruimtelijke positie van het schild 8 37 Groutdruk en -viscositeit """" 9 """"""'" 38 Grout debiet 9 VERGELIJKING PVE MET BESTAANDE TECHNIEKEN 12 41 Inleiding """"""""" """""""""'''''''''''''''''''''' 12 42 Programma van eisen 13 43 Vergelijking met bestaande technieken 17 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN """" 21 1 DEEL 2 GROND EN BELENDINGEN Hoofdstuk 6 Hoofdstuk 7 Hoofdstuk 8 PROGRAMMA VAN EISEN """'"'''''''''''''''' """""""" """""""""" 23 61 Inleiding 23 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'" 62 Praktijkrandvoorwaarden 23 """""""""""""""""""""""""""""""""""""" 63 Meetspecificaties 24 ""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' LITERATUURSTUDIE """""""""""'" """""""'" "" '" """""""'" 28 71 Instrumenten 28 72 IDBS 28 73 Data-inwinning 29 """"''''''''''''''''''''''''''''''''''''' INSTRUMENTEN EN TOETSING """"" "'" ""'" 32 """"" 81 Maaivelddeforrnatie 32 '''''''''''''''''''''''''''' "'" 811 Total Station 32 ""'"'''''''''''''' 812 Autornatisch waterpassysteem """""""'"'''''''''''''' 33 81 3 Slangen waterpas 33 """"""""'"'''''''' 814 Zettingsmeetslang 33 815 Elektronische tiltmeters 34 816 Glasvezels en optische technieken 34 82 Horizontale deforrnatie van de ondergrond 34
COB: L700-02 definitief december 1998 83 Verticale deformatie van de ondergrond 35 831 Staaf-extensometer 35 832 Fixed micrometer " " 36 "'"'''''''''''''''''''''''''''''' 84 Gronddruk in de ondergrond " """"""'''''''''''''''''''''''''' 36 85 Waterspanningen in de ondergrond 37 86 Deformatie gebouwen """""'" """"""" 37 87 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 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 Bijlage Al Bijlage B 1 Bijlage B2 Bijlage B3 Bijlage B4 Bijlage B5 Bijlage B6 Bijlage B7 Bijlage B8 Bijlage B9 Bijlage B 10 Bijlage B 11 Bijlage B12 Bijlage B 13 Bijlage B14 Bijlage B 15 Overzicht instrument en en eigenschappen Automatic survey station Vibrating Wire Settlement Systems Multipoint Liquid Level System Chain-deflectometer EL Horizontal In-place Inclinometer EL Vertical In-place Inclinometer Vibrating Wire In-place Inclinometer Rod Extensometer Fixed Re-installable Micrometer VW Stress Stations Spannungsmonitorstation High Performance Piezometers VW Peizometer EL BEam Sensor VW Crackmeter
COB: L700-02 definitief december 1998 SAMENV A TTING 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 creeren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken Een 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 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 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
Titel en subtitel: Technologie-inventarisatie Schrijvers: meetsystemen GD: ing AJM Peters ir EP van Jaarsveld WL: ir FWJ van Vliet J van der Pot Datum rapport: Type rapport: december 1998 Rapportnummer opdrachtnemer: COB-document nummer: CO-381590/II L700-02 Projectleider opdrachtnemer: Projectbegeleider opdrachtgever: ing AJM Peters Prof W Vlasblom Projectbegeleider opdrachtnemer: ir EP van Jaarsveld Naam en adres opdrachtnemer: Naam en adres opdrachtgever: Grondmechanica Delft Centrum Ondergronds Bouwen Postbus 69 Postbus 420 2600 AB DELFT 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 am adequaat te kunnen anticiperen in het nog te boren traject wordt verder beoogd een mogelijkheid te creeren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken Een 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 meetsystemen 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 grand 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 geconc1udeerd dat voor een eerste orde IBBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes zonder dat aanvullend onderzaek is vereist Het tweede en derde orde generatie IBBS kan niet worden verwezenlijkt zander 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 biz: Prijs: Intern COB-rapport Nee 57 Versie: Datum: Namens opdrachtnemer: Paraaf: Namens opdrachtgever: Paraaf: 1 1998-12-04 EPvan Jaarsveld W Vlasblom FWJ van Vliet kp """"' /'
Auteursrechten AIle 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 fotokopieen opnamen of op enig andere manier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB Ret is toegestaan overeenkomstig artikel15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te dteren 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 L700-02 Technologie-inventarisatie meetsystemen december 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 met worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen leder 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
VOORWOORD De COB onderzoekscommissie L700 "Integraal BoorBeheersSysteem IBBS" is in november 1996 opgericht met als doel de haalbaarheid van een integraal boorbeheerssyteem te onderzoeken Een IBBS 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 voigt samengesteld: Prof ir WJ Vlasblorn VOORZITTER TV-Delft Faculteit Ontwerp Constructie en Productie Dr ir RP Krorn SECRETARIS TNO Bouw Jr JW Bosch TauwMabeg Civiel en Bouw BV Jr FJ Kaalberg Tunnel Engineering Consultants vof Jr EP van Jaarsveld Grondmechanica Delft Jr JGS Pennekamp Waterloopkundig Laboratorium RPWJ Kloek TNO Bouw Naast de leden van de onderzoekscommissie hebben Ir FWJ van Vliet Waterloopkundig Laboratorium en ing AJM Peters van Grondmechanica Delft een bijdrage geleverd aan dit rapport De COB spreekt zijn dank uit aan aile 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 ideeen 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
Deel! TBM
COB: L700-02 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 ingangs- 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 monitor en 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
COB: L700-02 definitief december 1998 2
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 2 PROGRAMMA VAN EISEN 21 Boorprocesinstellingen en boorprocestoestand In het functioneel ontwerp van het IBBS 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 ornzetting 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 in de TBM De belangrijkste parameters zijn: positie en orientatie 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 22 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 03 a 10 Hz is vereist 3
COB: L700-02 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
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 3 OVERZICHT BESCHIKBAAR MEETAPPARATUUR 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 31 Totaaldruk van suspensie / grond Drukopnemer voorzien van scheidingsmembraan Voor het monitoren van de druk in de mengkamer kan gebruik worden gemaakt van industriele drukopnemer voorzien van een voorliggend scheidingsmembraan De drukoverdracht van scheidingsmembraan naar drukopnemer vindt plaats door een vloeistof vulling (een voorbeeld hiervan zijn de G16tzl opnemers zoals gebruikt in de TBM van de Tweede Heinenoordtunnel) - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf 1 bar : ca 05% 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 meet instrument zie bijlage A Drukopnemer voorzien van een coating Tevens kan gebruik worden gemaakt van een industriele drukopnemer coating (vaak polyurethaan): voorzlen van een - 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 meet instrument zie bijlage B Drukopnemer voorzien van een keramisch membraan Ten slotte kan gebruik worden gemaakt van industriele 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 01% van het meetbereik 5
COB: L700-02 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 VOOfzien worden Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage C 32 Niveau spoelvloeistof Metalen electrodes Ais 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 / uit meting De stapgrootte wordt bepaald door de posities van de electrode paren Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage D Capacitieve electrode De electrische capaciteit van een gei'soleerde draad of staaf is afhankelijk van de indompeldiepte in een geleidende vloeistof: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca 05 tot 10 m : ca 05 % 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 puis opgewekt Het niveau wordt gemeten door de tijd te bepalen die de puis nodig heeft om na reflectie op het vloeistof niveau weer bij de transducent terug te komen: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca 02 m tot 20 m : ca 05% van het meetbereik Opmerking: akoestische niveaumeters hebben meestal een zogenaamde dode band van ca 05 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 puis: - meetbereik - nauwkeurigheid : vanaf ca 02 m tot 20 m : ca 02% van het meetbereik 6
COB: L700-02 definitief december 1998 Opmerking: de meting is niet temperatuur athankelijk De meetmethode is ook toepasbaar bij schuimvorrning op de vloeistof Voor specificatie van een derge1ijk meetinstrument zie bijlage G Luchtdruk V oor het bepalen van de luchtdruk zijn vele opnemers verkrijgbaar: - meetbereik - nauwkeurigheid : 800 tot 1200 mbar : vanaf 0 1 mbar tot enkele mbar V oor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage H 33 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 75 m - nauwkeurigheid : 002% van het meetbereik V oor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage I Incremental encoder - meetbereik - nauwkeurigheid : geen lirniet maar athankelijk van het bereik van de electronische teller van het systeem : 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 athankelijk van het zuigeroppervlak van de cilinder en de druk in de cilinder De druk kan met een industrieie drukopnemer gemeten worden - meetbereik - nauwkeurigheid : athankelijk van systeemdruk : 01 % van het meetbereik 34 Schild voortstuwing Stuurkrachten op het schild De stuurkrachten worden bepaald door de vijzeldrukken te meten De druk kan met een industrieie drukopnemer gemeten worden: 7
COB: L700-02 definitief december 1998 - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van systeemdruk : 01% 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 83 35 Draaimoment (koppel) van het snijrad Askoppelmeter Het koppel op de as van het snijrad 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 : 05 % van het meetbereik voor de torsiemeting Opmerking: door de beperkte lengte van de as van het snijrad is het soms niet mogelijk om een askoppel meter te monteren Voor specificatie van een dergelijk meet instrument 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 36 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 onbeperkt : de geschatte fout bij tunnelmetingen is ca 005 mlkm - nauwkeurigheid Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage L 8
COB: L700-02 definitief december 1998 37 Groutdruk en -viscositeit Groutdruk in de staartspleet De groutdruk achter het schild zou gemeten kunnen worden met de zogenaamde borrelbuis meet methode 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 industriele drukopnemer toegepast worden - meetbereik - nauwkeurigheid : afhankelijk van maximale groutdruk : 05% van het meetbereik Opmerking: een aandachtspunt bij deze meetmethode is dat uithardend grout de borrelbuis niet mag verstoppen V oor 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 a 100 m bar : 01% van het meetbereik Opmerking: om meetfouten te voorkomen moeten de drukopnemer en de meetleidingen naar de drukopnemer hydraulisch correct aangelegd worden 38 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 : 05% van het meetbereik 9
COB: L700-02 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 : 02% 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
COB: L700-02 definitief december 1998 11
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 4 VERGELIJKING PVE MET BESTAANDE TECHNIEKEN 41 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 zettingsgeorienteerde besturing voor een slurryschild met een diameter van circa 7 ill In de tab ellen zijn de grootheden die betrekking hebben op een tweede en derde generatie IDBS 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 IDBS 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
COB: L700-02 definitief december 1998 42 Programma van eisen Systeem van de Benaming Eenheid Waarde Resolutie Meting Meet - Meet- aantal TBM waarde frequentie sensoren 1 Boorsysteem kn 200 1 direct 2 see 6 2 0 360 2 direct hoek Y2see 1 3 mm 20 5 direct 1 dag 16 4 I IAxiale radiale en tangentiele kn 2000 10 berekend Druck 10 see Ip6 snijkrachtreaktie aan het boorfront 5 I 1Theoretische volumestroom door het /h 150 I 11 I berekend I snelheid 15 see Ip22 snijrad 6 I IAxiale radiale en tangentiale IkN 13000 110 Idirect 1druk flosee I 14 reactiekracht snijradlager 7 knm 1000 10 berekend druk 10 see p6 8 Draaimoment van het snijrad knm 4000 10 berekend druk 10 see p6 9 Boorfront Steundruk aan het boorfront bar 7 001 direct 2 see 8 ondersteunings- (8*lokaal) systeem 10 bar 7 001 direct 2 seeonden p9 11 kpa 400 10 direct Iring 12 bar 4 001 direct - Iring 13 kn 2000 100 berekend druk 10 see p9 14 knm 2000 100 berekend druk 10 see p9 15 I Schildsysteem kn 11000 10 berekend druk 2 see 1 boven 13
COB: L700-02 definitief december 1998 Systeem van de Benaming Eenheid Waarde Resolutie Meting Meet- Meet - aantal TBM I I I I I I waarde I frequentie sensoren 1 onder 16 KNm berekend druk 2 sec p15 17 kn 20000 100 berekend 10 sec p27p9p6 18 kpa 400 10 direct rmg 19 bar 4 001 direct rmg 20 Tangentiele koersafwijking van de as mm 100 1 direct 5sec I systeem van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace 0 21 I ITangentielehoekverdraaingvan de as 1003 10001 I I direct I 15 sec systeem I van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace mm/min 180 11 indirect weg + tijd 15 sec f24 22 I I Axiale snelheid van de TBM delen (graafwiel tov schild) I I I 23 knm 3000 10 berekend 1 min p27 24 Afvoerleiding- m3/h 150 1 direct 5sec 4 systeem 25 IRingbouw- 1500 110 Iindirect 1druk- --11 min 16 systeem 26 I knm 750 10 berekend druk 1 min p25 27 Aandrijfsysteem 40000 100 direct druk 5 sec 24 28 knm 750 10 berekend druk 5sec p27p22 14
COB: L700-02 definitief december 1998 Systeem van de Benaming Eenheid Waarde Resolutie Meting Meet- Meet- aantal TBM I I I I I I waarde I frequentie sensoren 29 knm 750 10 berekend druk+weg 5 see p27p22 30 KN 5000 10 direct druk 5 see 24 31 KNm 5000 10 berekend druk 5 see p30 32 KNm 5000 10 berekend druk+weg 5see p30p22 33 ITunneluitbouw-I Volumestroom van het steunmedium systeem in de staartspleet (tpv injeetiepunten) I m3/h 20 01 direct 5 see 4-10 34 I IDrukverdeling in het steunmedium in I bar 16 1001 Idirect I 15 see 116 staartspleet 35 I 1_111111'11I"'IIIIIIIIIIIIIIIII!111 mm 10 1 direct Iring 36 37 I Volgsysteem mm 5 1 indireet weg 1 ring kn 1000 10 direct druk 1 min 2 38 39 knm 5000 10 berekend druk 1 min p37 kn 200 1 direct druk 1 min 12 15
00 0'\ 0'\ t> "S Q) uq) "'0 4-<Q) ;J = t::i Q) "'0 C'I 0 I 0 0 r- 0 u \0 j
COB: L700-02 definitief december 1998 43 Vergelijking met bestaande technieken Systeem van Benaming Meting of Eerder Vereist de TBM I I bereking? uitgevoerd I studie? I? I Toelichting: 1 Boorsysteem meting Ja Ja Metingen uitgevoerd op laboratoriumschaal Nog niet in TBM 21 meting I Ja I nee I Afstand tot as bekend Snijradhoek op 10nauwkeurig meetbaar 31 meting I nee I Ja I Metingen met slijtstaven mogelijk maar nog nooit uitgevoerd Andere technieken (oa akoestisch) lijken veelbelovend 4 I berekening I nee Ja Vertaling van enkele gemeten snijtandkrachten naar I I totale snijradkracht berekening I Ja I nee IHogere nauwkeurigheid bij langere middelingstijd 5 I ITheoretische volumestroom door het snijrad I 6 I I Axiale radiale en tangentiale I meting I Ja I nee reactiekracht snijradlager 7 berekening Ja nee 8 Draaimoment van het snijrad berekening Ja nee Door wrijving een lage nauwkeurigheid 9 Boorfront Steundruk aan het boorfront meting Ja nee Met zorg naar opnemers kijken ondersteunings- (8*lokaal) systeem 10 meting Ja nee zelfde meting als onderdeel 10 maar andere weerga ve 11 meting nee Ja Betreft onverstoorde situatie te meten vanuit de TBM Ervaring uit Geotechniek maar niet vanuit TBM Vereist studie Prikneus of Speumeus toepasbaar? 17
COB: L700-02 definitief december 1998 Systeem van Benaming Meting of Eerder Vereist IToelichting: de TBM I I bereking? uitgevoerd I studie? I? 12 meting nee Ja Ais onderdeel 11 13 berekening Ja nee 14 berekening Ja nee 15 I Schildsysteem berekening Ja nee Meting betreft vloeistofniveau en druk; reeds voorzien in TBM's 16 berekening Ja nee 17 I berekening nee/ja Deze waarde is het resultaat van het aftrekken van twee grote getallen en dus weinig nauwkeurig Ais niet wordt gemeten is geen verificatie mogelijk Een meetsysteem lijkt ontwikkelbaar 18 I meting nee ja Ais onderdeel 11 19 meting nee Ja Ais onderdeel 11 20 Tangentiele koersafwijking van de as meting Ja nee van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace 21 I ITangentielehoekverdraaingvan de as I meting I Ja I nee vab de TBM ten opzichte van de boogstraal het trace? 22 I I Axiale snelheid van de TBM delen berekening I I Ja I nee (graafwiel to v schild) 23 berekening I Ja I nee 18
COB: L700-02 definitief december 1998 Systeem van Benaming Meting of Eerder Vereist de TBM I I bereking? uitgevoerd I studie? I? I Toelichting: I 24 IAfvoerleiding- Volumestroom van de vaste stoff en meting Ja nee nauwkeurigheiddebietmetingis OK Bij systeem van het boorfront I I dichtheidsmeting nauwkeurigheid klein wegens onbekendheid relatieve stralingabsorbtie van het mengsel; sowieso lange middelingstijd 25 Ringbouw- meting informatie ontbreekt Lijkt goed meetbaar volgens systeem bestaande principes 26 berekening informatie ontbreekt In principe te bepalen uit onderdeel 25 271 Aandrijfsysteem I Aandrijfkracht van de hoofdvijzels op I meting I Ja I Ja I Wrijving niet verwaarloosbaar Vereiste nauwkeurigheid is hoog Onderzoek gaande in KlOO Eventueel oplosbaar met drukopnemers aan uiteinde vijzels 28 berekening Ja nee 29 I berekening Ja Ja Kleine scheefstandhoeken probleem voor meetnauwkeurigheid 30 I IStaartstukviizelkrachtreaktie OP het I meting Ja Ja IAls onderdeel27 31 I berekening Ja nee 32 berekening ]a Ja Als onderdeel 29 33 Tunneluitbouw- Volumestroom van het steunmedium meting Ja Ja Tot nu toe behaalde nauwkeurigheid te laag Er zijn systeem in de staartspleet (tpv injectie- leveranciers die claimen dat het wel goed kan punten) 19
COB: L700-02 definitief december 1998 Systeem van Benaming Meting of Eerder Vereist IToelichting: de TBM I I bereking? uitgevoerd I I studie?? 34 I IDrukverdeling in het steunmedium in meting nee Ja Aandacht voor het aankoeken van het steunmedium aan staartspleet de drukopnemer (gevaar voor boogwerking) 35 I meting Ja Ja 36 37 I Volgsysteem meting Ja Ja meting Ja nee Aandacht besteden aan goedkoop aanbrengen reflectiepunten en mogelijkheden meting vlak na inbouuw al te kunnen uitvoeren 38 berekening Ja nee 39 meting nee nee meten van asdrukken met uitgevoerd in TBM's maar wel elders 20
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN In het a1gemeen kan geconcludeerd worden dat voor een eerste orde ffibs de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes zonder dat aanvullend onderzoek is vereist De onderdelen die nog wel nadere studie vragen zijn: de aandrijfkracht van de hoofdvijzels op het schild (onderzoek vindt plaats in KlOO) de volumestroom van het steunmedium in de staartspleet (groutdebiet) de drukverdeling in het steunmedium in de staartspleet (groutdruk) De meetprincipes die in hoofdstuk 3 worden beschreven komen voor een deel niet overeen met de principes die momenteel in TBM's worden toegepast Het verdient aanbeveling bij het be'instrumenteren van TBM's deze andere meetprincipes af te wegen tegen de bestaande principes Het tweede en derde orde ffibs (grijze vakken in de tabellen van hoofstuk 4) kunnen niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten Naast de instrument en die in het kader van het eerste orde ffibs moeten worden ontwikkeld vragen met name de volgende onderdelen nadere aandacht: Boorsysteem: krachten op en slijtage van tanden Boorfrontondersteuningssysteem: meting van geotechnische parameters in ongestoorde grond vanuit detbm Schildsysteem: drukken en wrijvingsweerstand langs het schild Aandrijfsysteem: reactie draaimoment hoofdvijzels Tunneluitbouwsysteem: koersafwijking en vormafwijking van de tubbingring 21
COB: L700-02 definitief december 1998 Deel 2 GROND EN BELENDINGEN 22
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 6 PROGRAMMA VAN EISEN 61 Inleiding In dit hoofdstuk worden de eisen aangegeven die warden 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 1996 "Functionele specificatie IBBS" F Kaalberg en J Bosch dd 20 maart 1998 Technologie-inventarisatie IBBS Plan van aanpak E van Jaarsveld en J Pennekamp dd 20 januari 1998 Discussies in de werkgroep L700 onder voorzitterschap van W Vlasblom Eigen inzichten binnen Grondmechanica Delft gebaseerd op de praktijkervaringen Heinenoordtunnel en andere instrumentatieprojecten bij de 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 cq 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 belnvloeding 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 ge'interpreteerd waarna het boorproces handmatig wordt bijgestuurd Hierbij is dus sprake van een menselijke tussenkomst Voar het opstellen van het Programma van Eisen wordt echter uitgegaan van de gestelde definitie (volledig automatisch) waardoor bijvoorbeeld de eisen wat betreft aantallen meetpunten en meetfrequenties hoger zijn 62 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 instrument en moeten zo zijn te installeren dat de kans op verstoring van het boorproces minimaal is 23
COB: L700-02 definitief december 1998 4 De instrumenten dienen in de Nederlandse slappe bodem zodanig te kunnen worden gei"nstalleerd dat de prestatie van het instrument optimaal is 5 De instrument en moeten functioneren terwijl het verkeer blijft rijden over het belangrijkste deel van het meetgebied Dit slaat vooral op de Amsterdamse situatie waar het trace van de NZ-lijn het stratenplan voigt Daarnaast mogen de instrumenten geen onoverkomelijke obstakels vormen voor het verkeer 63 Meetspecificaties In deze paragraaf worden per meetparameter de meetspecificaties gegeven Dit wordt vervolgens samengevat in tabel 61 V oor aile instrument en zijn de volgende specificaties van toepassing: automatisch uitleesbaar met een uniform datalogsysteem online presentatie (binnen 30 seconde) van meetgegevens in engineering-eenheden hoge mate van betrouwbaarheid (uitvalpercentage kleiner dan 5 % per jaar) meetperiode 2 jaar meetfrequentie maximaal 20x per uur Opmerkingen bij onderstaande meetspecificaties: Een nauwkeurigheid van +/- 1 mm betekent dat indien de gemeten waarde 100 mm bedraagt de werkelijke waarde ligt tussen 99 en 101 mm D =diameter tunnelbuis H = dekking van de tunnelbuis Maaivelddeformatie nauwkeurigheid: resolutie: meetbereik: positie meetpunten: opmerking: +/- 05 mm 02 mm 1 mm elke 10 meter een raai dwars op het tunneltrace met 9 punten verdeelt over een afstand van H + 15D; over het hart van het tunneltrace tussen elke dwarsraai een extra punt zodat een lengteraai met elke 5 meter een meetpunt beschikbaar IS geen Horizontale deformatie in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 1 mm resolutie: 1 mm meetbereik: 400 mm positie meetpunten: elke 30 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 05 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij vanaf maaiveld tot 05D onder de tunnel elke 2 meter een meting wordt verricht opmerking: volledig automatisch meten dus onderkant buis in een vaste laag Vertic ale deformatie nauwkeurigheid: resolutie: meetbereik: in de ondergrond +/- 05 mm 02 mm 1 mm 24
COB: L700-02 definitief december 1998 positie meetpunten opmerking: : elke 30 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 05 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij vanaf maaiveld tot 05D onder de tunnel elke 05D (ca 4 meter) een meting wordt verricht volledig automatisch meten (dus diepste anker in een vaste laag) Gronddrukken in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 10 cm waterkolom (+/- 1 kpa) resolutie: 5 cm waterkolom (05 kpa) meetbereik: 50 m waterkolom (500 kpa) positie meetpunten: elke 10 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 05 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij ter hoogte van de tunnel en direct daarboven op in totaal 3 diepten een meting wordt verricht opmerking: geen Waterspanningen nauwkeurigheid: resolutie: meetbereik: positie meetpunten: opmerking: in de ondergrond +/- 5 cm waterkolom (+/- 05 kpa) 2 cm waterkolom (02 kpa) 25 m waterkolom (250 kpa) gelijk aan de gronddrukopnemers; zodat effectieve spanning kan worden berekend geen Horizontale deformatie gebouwen nauwkeurigheid: +/- 05 mm resolutie: 02 mm meetbereik: 50 mm positie meetpunten: elke 10 meter twee meetpunten aan de gevels; een aan beide zijden van het tunneltrace opmerking: meetspecificatie (nauwkeurigheid bereik en resolutie) hangt sterk af van het incasseringsvermogen van het gebouw Vertic ale deformatie gebouwen nauwkeurigheid: +/- 05 mm resolutie: 02 mm meetbereik: 50 mm positie meetpunten: elke 10 meter twee meetpunten aan de gevels; een aan beide zijden van het tunneltrace opmerking: geen Verkenning grondgesteldheid voor het boorfront De grondopbouw en de eigenschappen van de lagen worden vooraf onderzocht door de uitvoering van grondonderzoek op een aantallocaties langs het tunneltrace Tussen de locaties wordt geinterpoleerd Vanuit de doelstelling van een IBBS is het wenselijk afwijkingen in de grondopbouw en eigenschappen van de lagen zoals vooraf aangenomen aan te passen aan de werkelijke situatie om effecten hiervan op de omgeving te rninimaliseren Daarnaast is het wenselijk eventuele obstakels voor het boorfront tijdig te kunnen detecteren om aanpassingsmaatregelen te nemen 25
COB: L700-02 definitief december 1998 Tabel61 meetparameter Overzicht meetspecificaties nauwkeurigheid resolutie totaal aantal meetpunten Maaiveld deformatie +/- 05 mm 02mm 100 mm 10 dwarsraaien 1 lengteraai 100 stuks Horizontale deformatie ondergrond +/- 1 mm 05mm 400 mm 6 stuks 72 stuks Vertieale deformatie ondergrond +/- 05 mm 02mm 100 mm 6 stuks 36 stuks Gronddrukken ondergrond +/- 10 em wk 5 em wk 50 m wk 6 stuks 18 stuks Waterspanningen ondergrond +/- 5 em wk 2 em wk 25 m wk 6 stuks 18 stuks Horizontale deformatie gebouwen +/- 05 mm 02mm 50mm 20 stuks 20 stuks Verticale deforrnatie gebouwen I per 100 m tunneltrace +/- 05 mm 02mm 50mm 20 stuks 20 stuks 26
COB: L700-02 definitief december 1998 27
COB: L700-02 definitief december 1998 Hoofdstuk 7 LITERA TUURSTUDIE De uitgevoerde literatuurstudie heeft tot doe 1 een antwoord te geven op de volgende vragen: 1 Welke instrumenten worden de laatste jaren in de praktijk ingezet voor de verschillende geotechnische metingen rondom het tunnelboorproces? (paragraaf 71) 2 Hoe ver zijn andere partijen met een Integraal BoorBeheers Systeem (IBBS) of daarop lijkende systemen volgens het principe: sturen op omgevingsparameters? (paragraaf 72) 3 Welke wijze van data-inwinning (data-format) wordt toegepast? (paragraaf 73) 71 Instrumenten Er is een aantal auteurs die meetresultaten presenteren met een redelijke beschrijving van de gebruikte instrumenten de positie van de instrumenten en meetresultaten Vaak gebeurt dit vanuit onderzoeksdoelstellingen om begrip te krijgen voor de interactie tunnel-grand en om gemaakte berekeningen te evalueren [Katano 1995 Atahan 1996 Kastner 1996] Hierbij worden meestal ongeveer dezelfde parameters in ondergrond (deformatie gronddruk en waterspanning) en tunnellining (druk en vervorming) gemeten als voor het Tweede Heinenoordproject In tabel 71 is een overzicht gegeven van de belangrijkste geotechnische paramaters en de daarvoor in de literatuur aangetroffen meetinstrumenten inclusief relevante kenmerken 72 IBBS Naast het doen van onderzoek is een ander belangrijk doel voor metingen de monitoring van het bouwproces en bewaking van bijvoorbeeld gebouwen leidingen en andere infrastructuur (alarmfunctie) Het CATSBY-systeem detecteert op basis van afwijkingen van de gemiddelde meetresultaten van de boorkop ('air buble pressure' en 'slurry level') mogelijke risico's voor instabiliteit van het boorfront [Aristates 1996] Bij de aanleg van een riool onder Toronto wordt gemeten om het bouwproces te optimaliseren en het groutproces in te stellen (minimalisering zettingen) voordat een kritische metrolijn wordt gekruist [Shirlaw 1996] Een deel van het boortraject wordt dus gebruikt om het proces in te stellen Er is dus geen sprake van een directe real-time bijsturing van de TBM In de literatuur is slechts een vorm van 'direct sturen op omgevingsparameters' gevonden namelijk: 'compensating grouting' Hierbij worden volumeverliezen tijdens de boring gecompenseerd door extra grouting waardoor de grond als het ware weer wordt opgetild Van deze techniek wordt melding gemaakt in een overzichtartikel over tunneling in soft ground in Duitsland [Wittke 1995] Het betreft de toepassing van compensating grouting bij de aanleg van de metro in Essen Een uitgebreid net van instrument en wordt ingezet voor monitoring Op basis van de meetresultaten van extensometers en inclinometers nabij de funderingen wordt tijdens de onderdoorgang van een industriegebouw de grouting-installatie bijgestuurd Bij een aantal artikelen over het Jubilee Line extension Project in Londen wordt op basis van omgevingsmetingen compensating grouting toegepast echter er lijkt geen directe real-time koppeling tussen metingen en grouting proces [Friedman 1996 Kimmance 1996 en Murugamoorthy 1996] Murugamoorthy maakt tevens melding van het bachy EPICA systeem dat het groutproces controleert door real-time presentatie van druk volume en debiet van het grout 28
COB: L700-02 definitief december 1998 Tabel 71 In literatuur genoemde instrumenten Maai veldzetting I Precise leveling WPtoestel Hand Beam Electro levels EL tilt Auto Horizontale deformatie Insertion inclinometer FBA Hand ondergrond Multistage inclinometer FBA Auto Verticale deformatie Magnetic extensometer Reed-relais Hand ondergrond Rod extensometer Pot meter Auto Sliding micrometer onbekend onbekend Borros anchors WPtoestel Hand Deformatie gebouwen en in- Precise leveling I I WPtoestel I Hand frastructuur Gronddruk ondergrond I Soil pressurecells IVW I Auto Waterspanning ondergrond Piezometer VW I Auto Gronddruk inlop de lining Soil pressure cells VW Auto Concrete presure cells VW I Auto Vervorrning van de Strain gauges VW Auto lining Tape extensometer Tape I Hand waarbij: FBA VW EL tilt Hand Auto Force Balance Accelerometer Vibrating Wire ElectroLytic Tiltmeter meting kan uitlsuitend handmatig worden uitgelezen meting kan met een datalogsysteem worden uitgelezen; daarnaast ook handmatig Van de bouwers van Tunnel Boor Machines (TBM) is een artikel gevonden (Herrenknecht 1997) Het artikel is gericht op nieuwe ontwikkelingen op het gebied van automatisering van de boring meet®el systemen en data-inwinning Er wordt niets aangetroffen wat in de richting komt van sturen op omgevingsparameters Wel wordt 'vooruit kijken uit de TBM' voor verkenning van het boortraject (vergelijk prikneus) genoemd als toekomstige ontwikkeling 73 Data-inwinning Over de wijze van data-inwinning is een artikel gevonden dat de werking van een Automatic Monitoring System (AMS) beschrijft [Price 1996] Het AMS verzorgt de data-in winning opslag en real-time presentatie Tevens zijn er voorzieningen zoals alarmfuncties en mogelijkheden bepaalde metingen te correleren Een aantal auteurs bericht over database-structuren voor het bouwen van tunnels Bij de aanleg van de Muini Metro in San Francisco wordt een database gebruikt voor het opslaan van inspectiegegevens meetgegevens en omgevingsfactoren [Sherry 1996] 29