Informatie en pilotmogelijkheden Tunnelgraafmachine (TGM) Datum: 22 januari 2016 Referentie: JB1601-TGM001 Blad 1 van 6 Inzet: Prototype TGM
Doel van deze informatie is om samen met de toekomstige opdrachtgever en Bovon een pilotproject op te starten voor het aanleggen van een tunnel, met als uiteindelijke doel een langdurige relatie aan te gaan waarbij voor alle partijen zeer gunstige voordelen zullen ontstaan die wij later nog zullen toelichten. Voorgeschiedenis In 2008 voltooide ingenieur Leo Tol van Bovon het ontwerp van een innovatief tunnelbouwsysteem, speciaal ontwikkeld voor de slappe Nederlandse bodem. De methode lijkt zeer geschikt om ondiepe gesloten tunnels aan te leggen direct onder bestaande (spoor)wegen of het maaiveld door. Tevens lijkt de methode ook zeer geschikt voor het aanleggen van wegen met een verdiepte ligging. Het ontwerp werd in eerste instantie in de markt enthousiast ontvangen, maar helaas is, door het niet scoren van proefprojecten door de initiële GWW-partners (Ballast Nedam en later TBI), het tot nu toe nog niet gekomen tot een praktijktoepassing van deze innovatieve tunnelbouwmethodiek.
Techniek Inmiddels is er een ruime bibliotheek aan technische data opgebouwd die de haalbaarheid en werking van de TGM in ruime mate beschrijven. Wij lichten alle technische data en onderzoeken m.b.t. constructieberekeningen (onder meer door Sterk-adviesbureau en TNO) graag mondeling aan u toe. Wel zullen wij u hier een korte weergave geven van de werkwijze van de TGM. De Tunnelgraafmethode (TGM). Een stalen mantel, voorzien van hydraulische cilinders, vormt het omhulsel voor het monteren van prefab betonnen tunnelelementen. Deze elementen hebben een breedte tot 14 meter en een werkende lengte van 1,5 tot 2 meter per ring en worden per as aangevoerd. De werkwijze van de TGM varieert, afhankelijk van het type onderdoorgang (open of gesloten). Inzet: voorzijde de TGM met daarachter de geplaatste tunnelelementen Open tunnelbouw methodiek Bij de open variant wordt de TGM ingezet als een soort plaatselijke mobiele bouwkuip die zich door het aan te leggen tracé beweegt. De grondfrezen graven steeds horizontale stroken grond af en deponeren deze in de achterliggende ruimte. De bovenzijde van de TGM is open en de boorkamer staat niet onder druk. Hierdoor kan na een graafsessie van 1,5 tot 2,0 meter de grond met behulp van een knijper uit de kamer worden gehaald en afgevoerd. In de tussentijd worden de cilinders ingetrokken en worden van bovenaf met behulp van een kraan de prefab betonnen tunnelelementen geplaatst. Hierna zetten de cilinders zich opnieuw af tegen het net geplaatste element. Dit proces blijft zich herhalen totdat de tunnelbak volledig is gerealiseerd. De staartspleet wordt achter de graafmantel direct tijdens het graven geïnjecteerd met een (grout)specie zodat de tunnelelementen de dragende functie kunnen overnemen. Direct na het plaatsen van de elementen worden deze onderling gekoppeld.
De verwachte bouwsnelheid bij de open variant ligt op 8 tot 10 elementen met een werkende lengte van 1,5 tot 2 meter per dag. Een gemiddelde voortgang van ca. 15 meter per dag (12-16 uur). Voordelen open tunnelbouw ten opzichte van conventionele technieken - Besparing in bouwkosten tot 40% wegens besparing grondverzet en materiaal- en materieelgebruik (minder beton, geen bentoniet, geen scheidingsinstallatie, efficiënte grondafvoer (10% minder grondverzet, de ontgraven grond kan direct uit de machine afgevoerd worden), geen benodigde toepassing van onderwaterbeton) - Geen toepassing van diepwanden bij hoge grondwaterstanden, hierdoor sterke reductie van het risico op verzakking. - Minder trilling overlast - Veel minder werkruimte noodzakelijk, bouwplaats blijft overzichtelijk - Door besparing op materiaal/materieel reductie op CO2-emissie van 30% - Snellere doorlooptijd van het project Gesloten tunnelbouw methodiek Met deze variant worden gesloten fiets- en verkeerstunnels aangelegd met een diepte tot maximaal 10 meter onder het maaiveld. De TGM kan vanaf maaiveld starten en zich, onder een hoek, als een mol in de grond graven. Op de bouwplaats worden de tunnelelementen via een traversekraan op een transportmiddel geplaatst en door het reeds aangelegde deel van de tunnel bij de machine gebracht. In de mantel van de TGM wordt de ring, bestaande uit meerdere elementen, gemonteerd. Hierna zetten hydraulische cilinders zich af tegen de reeds geplaatste elementen, zodat de mantel zich naar voren beweegt en in de grond drukt. Grondfrezen, welke hydraulisch worden aangedreven en traploos regelbaar en omkeerbaar zijn, graven steeds horizontale stroken grond af en deponeren de grond in een met (grond)water gevulde drukkamer. Daarna voeren baggerpompen het grond/watermengsel af naar een waterafscheider, het water wordt teruggepompt en de grond wordt afgevoerd. De staartspleet die ontstaat achter de graafmantel wordt direct tijdens het graven geïnjecteerd met een (grout)specie zodat de tunnelelementen de dragende functie kunnen overnemen en er een minimale zetting van de bodem plaatsvindt. Direct na het plaatsen van de elementen worden deze onderling aan elkaar gekoppeld. De verwachte bouwsnelheid bij de gesloten variant ligt op 4 tot 6 elementen met een werkende lengte van 1,5 tot 2 meter per dag. Een gemiddelde voortgang van ca. 8 tot 10 meter per dag (12-16 uur).
Deze methodiek kan zonder problemen over langere afstanden worden toegepast en de bovenliggende infrastructuur blijft toegankelijk (geen hinder voor verkeer). Bijkomende voordelen gesloten tunnelbouw t.o.v. conventionele technieken - De tunnel kan op geringere diepte worden gegraven, hoeft niet door de traditionele dieper liggende zandlaag te worden aangelegd Hierdoor zijn zware betonnen start- en ontvangstschachten overbodig, besparing van kosten en doorlooptijd - Toepasbaar over lange afstanden en met minder trilling overlast, denk aan toepassing in natuurgebieden - Door de grotere besparing op beton een sterke reductie van de CO2- uitstoot. - Door het verkorte rij-oppervlak en de geringere helling (10m diepte i.p.v. 30m) van de in- en uitgang een permanente reductie van CO2-uitstoot door het doorgaand verkeer. - Tijdens de tunnelbouw is de doorgang van de bovenliggende infrawerken (wegen/spoorlijnen) gegarandeerd Pilotvoorstel De open variant is technisch gezien een overzichtelijke bouwmethodiek waarbij het principe van de freesrollen als graafmechanisme goed getest kan worden. Omdat de bovenzijde van de machine open is kan de vrijkomende grond van bovenaf afgevoerd worden. Ook het plaatsen van de prefab betonnen tunnelelementen is eenvoudiger omdat deze met behulp van een kraan van bovenaf geplaatst kunnen worden. Daarnaast is het risicoprofiel van de open variant lager dan die van de gesloten variant omdat er niet op diepte in de bodem wordt gewerkt. De machine is vanaf het maaiveld te bereiken. Het verdient dan ook de voorkeur om een pilot van de TGM te starten met de open variant. De TGM is natuurlijk nog niet op ware grootte gebouwd en getest. Daar voor ieder project dat wordt gestart een nieuwe, op de grootte van de gewenste tunnel aangepaste machine wordt gebouwd en deze kosten binnen (een op conventionele tunnelbouw gebaseerd) budget zijn begroot is het risico voor zowel de opdrachtgever, als de aannemer tot een minimum gereduceerd. Alleen de tot dan toe geïnvesteerde ontwikkelkosten vallen onder het risico, het project kan namelijk altijd op conventionele wijze worden voltooid.
Omdat de ontwikkeling en de pilot van de Bovon TGM een innovatie is komt deze in aanmerking voor een WBSO en RDA subsidie. Deze subsidie zal het risico verder verkleinen voor partijen. Gezien de verwachte voordelen van deze innovatieve wijze van aanleggen van tunnels, is het op zowel economisch, milieutechnisch als prestigieus terrein een prachtige ontwikkeling met een relatief gering investeringsrisico. Ik hoop met dit schrijven uw interesse te hebben gewekt. Graag kom ik, met de ontwerper van de TGM, de eventuele uitvoering van een pilotproject verder toelichten. Met vriendelijke groet, Jac. Barendregt Infra B.V. K.J. (Rinie) Barendregt Bijlagen: documentatie over het technisch ontwerp van de TGM