Levensduurmetingen in de Groene Hart Tunnel Ir. Sander J. Lokhorst Rijkswaterstaat HSL-Zuid / Holland Railconsult 1 1 Inleiding De Groene Hart Tunnel is onderdeel van de 100 kilometer lange HSL-Zuid tussen Amsterdam en Antwerpen. De 8,5 km lange tunnel is gelegen in het gedeelte tussen Amsterdam en Rotterdam (zie kader voor meer informatie over het project). Groene Hart Tunnel Vlak voor Leiderdorp loopt de HSL-Zuid onder het gereconstrueerde knooppunt N446 door, waarna de trein uit het zicht verdwijnt in de tunnel onder het Groene Hart om er bij Westeinde (gemeente Rijnwoude) weer uit te komen. Doordat de trein het Groene Hart ondergronds passeert, behoudt dit natuurgebied met zijn vogelrijke veenweidepolders en plassen zijn ecologische waarde. En door de tunnel te boren en niet te graven, wordt het gebied ook tijdens de bouw zoveel mogelijk ontzien. Dankzij de boortunnel rijdt de hogesnelheidstrein in een zo recht en dus zo snel mogelijke lijn van Amsterdam naar Rotterdam, met zo min mogelijk milieuhinder. De bouwer van de tunnel heeft gekozen voor een innovatief ontwerp met één grote tunnelbuis, waarbinnen een betonnen tussenwand de tunnel in twee helften deelt. Met een diameter van bijna 15 meter is dit de grootste geboorde tunnel ter wereld. De tunnel ligt gemiddeld op 30 meter onder het maaiveld en is 7 kilometer lang (8,5 kilometer inclusief toeritten). De oplevering van de tunnel vindt plaats in december 2005. Voor velen bij Rijkswaterstaat HSL-Zuid is het project Groene Hart Tunnel dan voltooid. Voor de tunnel en de rest van de lijn begint het leven dan net. De kunstwerken van de HSL- Zuid zijn ontworpen en gebouwd voor een levensduur van 100 jaar. In het ontwerp en de uitvoering van de tunnel zijn diverse maatregelen genomen om aan de levensduureis van 100 jaar te voldoen. Als onderdeel van het HSLonderzoeksprogramma rond de Groene Hart Tunnel is een meetsysteem ontwikkeld en geïmplementeerd ten behoeve van de monitoring van processen die van invloed zijn op de levensduur. Dit artikel is een toelichting op de presentatie Levensduurmetingen in de Groene Hart Tunnel tijdens het DUCON Symposium op 15 maart 2005. Het artikel beschrijft de achtergrond van het project en de totstandkoming van het meetsysteem. 1 Lokhorst is namens Holland Railconsult gedetacheerd bij Rijkswaterstaat HSL-Zuid Rijkswaterstaat HSL-Zuid 1(13) 1 maart 2005
Figuur 1: Kijkje in de tunnel op spoorniveau tijdens de uitvoering. De scheiding van de tunnel in twee compartimenten is duidelijk zichtbaar. De technische galerij ligt een niveau lager. 2 Onderzoeksprogramma Groene Hart Tunnel Al voor de contractering van het ontwerp en de uitvoering van de Groene Hart Tunnel is er door het door toenmalige Projectbureau Boortunnel besloten om een onderzoeksprogramma op te stellen voor onderzoeksprojecten gerelateerd aan boortunnels. De thema s van het onderzoeksprogramma (met enkele voorbeelden) zijn: Geotechniek (verzilting, diepe bouwputten) Tunnelconstructie (duurzaamheid, montagespanningen) Boortechnologie (groutinjectie, wateroverspanning boorfront) Dynamica (trillingshinder, drukgolven) Risicobeheersing (tunnelveiligheid, monitoring bouwproces) Voor een deel is dit onderzoek door HSL-Zuid zelf uitgevoerd, maar voor een belangrijk deel van het programma is aansluiting gezocht bij en samengewerkt met het Centrum Ondergronds Bouwen en Delft Cluster. Voor de contractering van de boortunnel heeft HSL-Zuid onderzoek verricht naar onderwerpen als tunnelveiligheid, drukgolven, trillingen, monitoring. Ook heeft de HSL-Zuid deelgenomen aan verschillende praktijkonderzoeken van het Centrum Ondergronds Bouwen (COB): bijvoorbeeld bij Botlekspoortunnel, Sophiaspoortunnel en Westerscheldetunnel. Via deze projecten is kennis en ervaring vergaard -met betrekking tot boortechnologie, diepe bouwputten en aanleg van dwarsverbindingen etc.- noodzakelijk voor de voorbereidende ontwerpactiviteiten voor de tunnel. Na de contractering van de tunnel is het onderzoeksprogramma uitgebreid met als doel kennis te genereren voor toekomstige projecten. Dit heeft er toe geleid dat er financieel is bijgedragen aan het Gemeenschappelijk Praktijkonderzoek Boortunnels (GPB) van het Centrum Ondergronds Bouwen en aan het tweede Delft Cluster onderzoekprogramma. Binnen het GPB worden de praktijkonderzoeken bij de Rijkswaterstaat HSL-Zuid 2(13) 1 maart 2005
boortunnelprojecten inhoudelijk afgestemd en wordt de vergaarde kennis gedeeld. De onderzoeken van de kennisinstituten uit het Delft Cluster hebben een meer wetenschappelijk karakter. Het Onderzoeksprogramma Groene Hart Tunnel heeft op die manier zowel een praktische als een wetenschappelijke basis. Het onderzoek bij thema duurzaamheid vindt met name plaats in Delft Cluster verband. Vooruitlopend op het tweede Delft Cluster programma zijn er rond 2001 met betrekking tot duurzaamheid van ondergrondse infrastructuur twee initiatieprojecten gestart. In deze projecten is een relatie gelegd met de Groene Hart Tunnel en de lange termijn risico s met betrekking tot levensduur van de tunnel. 3 Duurzaamheid bij de Groene Hart Tunnel 3.1 Eisen Het aspect duurzaamheid is in het Programma van Eisen van de tunnel expliciet uitgewerkt. Hieronder worden enkele eisen genoemd. Als topeis voor de tunnelconstructie geldt een levensduur van tenminste 100 jaar. Deze eis geldt voor de constructieve onderdelen van de tunnel die vatbaar zijn voor aantasting: betonconstructies en tunnellining, voegconstructies en voegmaterialen, in te storten onderdelen. De levensduur moet worden aangetoond middels duurzaamheidbeschouwingen voor alle toe te passen materialen uitgaande van bekende aantastingmechanismen. Deze duurzaamheidbeschouwingen moeten worden gebaseerd op probabilistische berekeningen. De toe te passen modellen dienen state of the art te zijn. Als basis dienen de modellen van het Europese onderzoeksprogramma Duracrete te worden gebruikt. Daarnaast zijn nog eisen opgenomen m.b.t. details zoals: de aan te nemen chloridebelasting vanuit het grondwater, toe te passen cementtype, nabehandeling van tunnelsegmenten etc. 3.2 Ontwerp en uitvoering De aannemer heeft in de ontwerpfase het Duracrete programma toegepast en op basis van de relevante aantastingmechanismen, eisen gesteld aan grondstoffen, betonsamenstellingen, betondekking, afstandhouders, verhardingsomstandigheden en nabehandeling etc. Met deze eisen moet binnen een periode van 100 jaar een vooraf gedefinieerde mate van aantasting worden voorkomen. Ook zijn door de keuze voor grondstoffen en materialen de voorwaarden voor het optreden van sommige aantastingmechanismen vrijwel uitgesloten (bijv. Alkali-Silica-Reactie). De eisen en keuzen zijn vervolgens uitgewerkt in werkinstructies tijdens uitvoering. Op deze manier is een levensduurontwerp gemaakt en een tunnel gerealiseerd die aan de levensduureis van 100 jaar voldoet. Het levensduurontwerp is uiteraard met onzekerheden omgeven. In het ontwerpstadium zijn uitgangspunten gekozen ten aanzien van gemiddelde en spreiding van alle parameters en zijn in sommige gevallen conservatieve aannames gedaan. Gedurende de uitvoering en de exploitatie zal meer Rijkswaterstaat HSL-Zuid 3(13) 1 maart 2005
zekerheid worden verkregen omtrent de gekozen waarden (bijv. spreiding in de dekking of het chloridegehalte van het grondwater). Meer inzicht in deze gegevens biedt de mogelijkheid om het levensduurontwerp aan te scherpen. Daarnaast is het mogelijk om middels metingen inzicht te krijgen in het verloop van de relevante aantastingmechanismen en te vergelijken met het verwachte verloop afkomstig uit het levensduurontwerp. 3.3 Onderzoek & Monitoring Zoals vermeld, draagt HSL-Zuid bij aan het Delft Cluster onderzoeksprogramma. Met betrekking tot het onderwerp duurzaamheid zijn twee Delft Cluster-projecten relevant: 1. Duurzaamheid betonnen ondergrondse infrastructuur; 2. Monitoring-opzet voor aantasting van boortunnels. Ad 1 In dit project gaat het om het verbeteren van methoden en het oplossen van problemen met betrekking tot het ontwerpen op levensduur van ondergrondse constructies. In eerste instantie moet dit plaatsvinden door analyse van bestaande (oude) tunnels. Op de lange termijn is het doel, het verder ontwikkelen van ontwerpmethoden en herontwerpmethoden voor levensduurontwerp van boortunnels op basis van prestaties en betrouwbaarheid. Ad 2 Het monitoringproject is een eerste stap om in Delft Cluster verband te komen tot doelmatige monitoringsystemen om gedurende de levensduur van de tunnel het gedrag te kunnen volgen, zonder daarbij belangrijke verschijnselen over het hoofd te zien. De opzet van de monitoring bepaald in belangrijke maten de onzekerheidsmarge in het lange termijn gedrag van de constructie en de effectiviteit van beheersmaatregelen. De eerste stap betreft de ontwikkeling en implementatie van een meetsysteem en van de instrumentatie van tunnelringen. Dit systeem en de eerste resultaten zullen in de volgende hoofdstukken worden beschreven. 4 Monitoringsysteem voor tunnelwand 4.1 Doel en aanpak Het onderzoek Monitoring-opzet voor aantasting van boortunnels is een project dat streeft naar een beter inzicht in de optimale opzet voor monitoring van degradatieprocessen die de duurzaamheid van ondergrondse constructies nadelig beïnvloeden. Binnen dit onderzoeksproject is een monitoringsysteem ontwikkeld en geïmplementeerd in de Groene Hart Tunnel. Het doen van metingen en de interpretatie daarvan valt buiten het project, maar is in de toekomst uiteraard wel voorzien. Het verkrijgen van een beter inzicht, zoals hierboven genoemd, betreft daarom in eerste instantie het opdoen van ervaring bij de ontwikkeling en implementatie van een meetsysteem, het functioneren van het systeem en de interpretatie van de eerste metingen. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 4(13) 1 maart 2005
Bij de uitwerking van dit project is de volgende werkwijze en volgorde van activiteiten gehanteerd: Analyse van relevante degradatieprocessen van de tunnelconstructie; Keuze van plaats en aantal meetlocaties in het tunneltracé; Ontwikkeling van het meetsysteem; Implementatie van het systeem; Nulmetingen en testen van functionaliteit en robuustheid. De relevante aspecten en resultaten uit deze activiteiten worden hierna toegelicht. 4.2 Analyse van relevante degradatieprocessen van de tunnelconstructie De wand van de boortunnel wordt blootgesteld aan verschillende milieus. De buitenzijde van de tunnel ligt in het grondwater dat is verontreinigd met zout. De mate van verontreiniging varieert over de lengte van de tunnel. De binnenzijde van de tunnelwand is blootgesteld aan (vochtige) lucht. Door eventuele lekkage kan de binnenzijde van de tunnel ook in contact komen met zout water. Door ontbreken van zuurstof aan de buitenzijde is ondanks de aanwezigheid van chloride de kans op corrosie in principe gering. Echter, door de aanwezigheid van zuurstof aan de binnenzijde van de wand is het optreden van macrocel-corrosie niet uit te sluiten. Bij macrocel-corrosie treedt in dit geval depassivering van het wapeningsstaal aan de buitenzijde van de wand op en kan zuurstof toetreden tot de wapening aan de binnenzijde van de wand. De wapening aan de buitenzijde fungeert als anode en corrodeert, de wapening aan binnenzijde fungeert als kathode. Aan de binnenzijde van de tunnelwand is aantasting door carbonatatie relevant. Kooldioxide uit de lucht kan binnendringen in het beton en door reacties met aanwezige calciumhydroxide zorgen voor een opheffing van het gunstige basische milieu. Belangrijke voorwaarden voor het optreden van deze reacties is de aanwezigheid van lucht en de vochthuishouding in het beton. Er is voor gekozen om de meetsystemen af te stemmen op de twee relevante mechanismen: (macrocel-)corrosie door chloride en carbonatatie. 4.3 Keuze van meetlocaties in het tunneltracé Er wordt op twee locaties in de tunnel gemeten. De aard van de metingen is per locatie verschillend. Op locatie 1 is de instrumentatie afgestemd op macrocel-corrosie. Voor deze locatie is gezocht naar een deel van de tunnel waar zich veel chloride in het grondwater bevindt. Hierbij is gelet op de huidige situatie en op eventuele veranderingen in het grondwater in de toekomst. Op locatie 1 is aan de buitenzijde van de wand de instrumentatie afgestemd op de indringing van chloride; aan de binnenzijde van de tunnelwand is de instrumentatie afgestemd op carbonatatie en de daarvoor relevante vochthuishouding in de dekking. Op locatie 2 is weinig chloride in het grondwater aanwezig. Op deze locatie ligt de nadruk op het meten van het vochttransport door de wand en op carbonatatie. Locatie 2 ligt het middendeel van de tunnel. Daar is de invloed van het dagelijkse buitenklimaat beperkt. De vochthuishouding in de tunnel en de condensatie op de tunnelwand is daar seizoensgebonden. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 5(13) 1 maart 2005
Samengevat zijn er twee monitoringsystemen in de Groene Hart Tunnel: Op locatie 1: Het corrosie-monitoringsysteem (voor macrocelcorrosie door chloride); Op locatie 2: Het vocht monitoringsysteem (voor corrosie door carbonatatie). 4.4 Ontwikkeling meetsysteem Het mechanisme van macrocel-corrosie gaat uit corrosie van wapening aan de buitenzijde van de wand ten gevolge van indringing van chloride in de buitenzijde van de wand en van indringing van zuurstof aan de binnenzijde van de wand. Bij dit mechanisme is voor locatie 1 een instrumentatie gekozen van AnodeLadders aan de buitenzijde en van MultiRing-Electrodes aan de binnenzijde. Een AnodeLadder (AL) bestaat uit stukjes (wapening)staal waaraan potentialen worden gemeten; met een MultiRing-Electrode (MRE) kan de positie van het vochtfront in het beton worden bepaald en dus ook de mate van uitdroging (toetreding zuurstof). Op locatie 2 (carbonatatie) is gekozen voor alleen MRE s. Deze instrumenten zijn zowel aan de binnenzijde als de buitenzijde van de wand aangebracht. De principes van de werking van instrumenten worden hierna toegelicht. In Figuur 2 staan foto s van een AnodeLadder (links) en een MultiRing-Electrode (rechts). Figuur 2: Foto s van toegepaste instrumenten in de Groene Hart Tunnel: AnodeLadder (links) en MultiRing-Electrode (rechts) De foto laat zien dat de AnodeLadder sterk lijkt op een ladder. De treden van de ladder zijn de anodes. De anodeladder wordt gecombineerd met een separate kathode om potentialen te kunnen meten. Doordat er meerdere anodes zijn gecombineerd tot een ladder kunnen de potentialen over een diepte worden gemeten. In de GHT zijn de anodeladders in de dekking (40 mm) aan de buitenzijde van de tunnelwand aangebracht. De lengte en breedte van de ladder bedragen ca. 300 mm en 160 mm. Met de AnodeLadder kunnen drie type metingen worden verricht: 1. het bepalen van de potentialen per anode (corrosie) 2. het volgen van de chloride-indringing over de dikte van de dekking 3. het bepalen van de galvanische stroomdichtheid (corrosie snelheid) Rijkswaterstaat HSL-Zuid 6(13) 1 maart 2005
Met de MultiRing-Electrodes (Figuur 2, rechts) worden elektrische weerstanden gemeten in het beton. Deze weerstanden zijn een maat voor het vochtgehalte in het beton en mogelijk ook voor de carbonatatie. Hoe minder vocht, hoe hoger de weerstand. Verondersteld wordt dat carbonatatie ook zorgt voor een verhoging van de weerstand. De MRE is een cilinder die bestaat uit een ronde metalen schijven bevestigd aan een isolator. De diameter van de schijven bedraagt ca. 25 mm en de lengte van de cilinder is ca. 50 mm. Per schijf wordt een weerstand gemeten. Door de aanwezigheid van meerdere schijven kan de weerstand over een diepte worden gemeten, waarmee uitspraken kunnen worden gedaan over een vochtverdeling in in geval van de Groene Hart Tunnel- de dekking van de tunnelwand. s9 s10 s1 s8 s10 s9 s8 s2 s6 s7 s7 s3 s4 s5 s6 s4 s2 s3 s5 s1 Figuur 3: Verdeling van meetinstrumenten over de tunnelring (links) en verdeling van meetkastjes en bekabeling naar de technische galerij onder de sporen. In de technische galerij is een verzamelkast aanwezig. Op beide locaties worden de meetinstrumenten over de gehele tunnelring verdeeld. Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede van de tunnel en de schematische verdeling van de instrumenten en meetkastjes op locatie 1. De tunnelring bestaat uit tien segmenten; negen hele segmenten en één sluitsteen (half segment). In alle negen hele segmenten zijn instrumenten aanwezig. AnodeLadders aan de buitenzijde van de wand en MultiRing-Electrodes aan de binnenzijde (zie Figuur 4). In ieder segment is een meetkastje aanwezig (ingestort) waarin kabels van instrumenten samenkomen (zie Figuur 3, rechts). Vanuit een meetkast loopt een kabel naar een verzamelkast die is aangebracht in de zogenoemde technische galerij die zich onder de sporen bevindt. Op deze verzamelkast bevinden zich aansluitpunten voor meetkabels. Er is geen dataacquisitiesysteem in de tunnel aanwezig. De signalen van de meetinstrumenten worden periodiek met behulp van een meetapparaat en een laptop uitgelezen. Door plaatsing van de verzamelkast in de technische galerij kunnen deze metingen op ieder moment worden uitgevoerd; er is geen hinder voor het treinverkeer. Op locatie 2 is de verdeling van de instrumenten vergelijkbaar met locatie 1. De belangrijkste verschillen zijn: Aan de buitenzijde van de tunnelwand zijn geen AL s aanwezig zijn maar MRE s; Rijkswaterstaat HSL-Zuid 7(13) 1 maart 2005
Aan de binnenzijde van de wand zijn in een paar segmenten aan de binnenzijde twee MRE s aanwezig zodat over een diepte groter dan de dekking het weerstandsprofiel kan worden bepaald. Ook op locatie 2 zijn er meetkasten in de segmenten en een verzamelkast in de technische galerij. Concrete surface (inside of the tunnel wall) Concrete surface (outside of the tunnel wall) Anode Ladder Multiring-Section 1 Cable Figuur 4: Principe van positionering van instrumenten per segment. 4.5 Implementatie De verwezenlijking van beide monitoringsystemen heeft veel inspanning gevergd. De belangrijkste activiteiten daarvoor zijn geweest: 1. De installatie van de instrumenten voorafgaande aan het storten van de segmenten; 2. De installatie van het meetsysteem in de tunnel na het opbouwen van de betreffende ringen; 3. Tijdelijke bescherming van monitoringsysteem tijdens aanbrengen brandwerende bekleding. Ad 1 Installatie in segmenten De instrumenten, kabels en meetkasten mogen de sterkte en duurzaamheid van de segmenten niet negatief beïnvloeden. De positionering van de onderdelen is zo gekozen dat er geen wezenlijke verzwakkingen van de doorsnede zijn en de kans op doorgroeien van eventuele scheuren minimaal is. Verder zijn er geen wijzigingen in de wapening aangebracht. Om het productieproces zo min mogelijk te verstoren zijn alle onderdelen van het systeem vooraf aan de wapeningskorven bevestigd. Om de effectiviteit van al deze voorzieningen en voorbereidingen te controleren is er mede op aandringen van de aannemer - voor beide monitoringsystemen één volledig geïnstrumenteerd segment als proefstuk gemaakt, de zg. dummy s. Daarbij is gebleken dat de onderdelen goed bestand waren tegen het geweld gedurende het productieproces. Deze dummy s zijn in een separaat duurzaamheidsonderzoek nog gebruikt voor experimenten (zie paragraaf 5.2). Rijkswaterstaat HSL-Zuid 8(13) 1 maart 2005
Figuur 5: Detailopname van positionering van een MultiRing-Electrode in de wapeningskorf van een segment (aan de onderzijde van de staaf zijn de schijven van de MRE zichtbaar). De ondergrond op de foto is de het grondvlak van de bekisting. Ad 2 Installatie in tunnel De installatie van het systeem in de tunnel verliep gefaseerd, en volgde de processtappen van de bouw van de inwendige constructie in de tunnel (zie Figuur 6). De kabels uit de meetkasten in de segmenten onderin de tunnel moesten tijdens de plaatsing van het element van de technische galerij worden aangebracht. Na het aanvullen van de ruimte naast de galerij met zand-cement werden de kabels van de hoger gelegen segmenten aangebracht en aan de bovenzijde van het galerij-element naar binnen geleid. De kabels in de tunnel, boven spoorniveau zijn met klemmen aan de tunnelwand bevestigd en zo veel mogelijk in de voegen tussen ringen weggewerkt. Ad 3 Tijdelijke bescherming Op de tunnelwand boven spoorniveau is na het gereedkomen van de tunnel een brandwerende bekleding aangebracht. De aard van de werkzaamheden hiervoor was zodanig dat de onderdelen van het meetsysteem aan de binnenzijde van de wand tijdelijk beschermd moesten worden. De bekleding bestaat uit een spuitlaag met een inwendig wapeningsnet. Dit net is met geboorde ankers bevestigd aan de tunnelwand. Voor het aanbrengen van de spuitlaag wordt de tunnelwand met heet water onder hoge druk gereinigd. De bedreigingen voor het meetsysteem zijn de boorwerkzaamheden (de instrumenten zijn niet duidelijk zichtbaar) en de reinigingswerkzaamheden. Met de aannemer zijn afspraken gemaakt over een voorzichtige reiniging van de ringen op beide locaties en zijn de instrumenten met verf gemarkeerd om beschadiging door boren te voorkomen. Verder was van belang dat ter plaatse van de instrumenten de situatie van de brandwerende bekleding niet mocht afwijken van de rest van de tunnel. Het beton rond de instrumenten aan de binnenzijde van de wand is immers representatief voor de gehele tunnel. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 9(13) 1 maart 2005
Figuur 6: Het boorproces in uitvoering. Zicht op de voorzijde van de tunnelboormachine. Op de voorgrond zijn de elementen van de technische galerij en de zand-cement-stabilisatie zichtbaar. 4.6 Calamiteit Tenslotte wordt nog vermeld dat zich een calamiteit heeft voorgedaan waarbij op één locatie, door een onbekende, de kabels van het meetsysteem zijn doorgesneden. Voor het herstel van deze schade moesten de kabeluiteinden weer worden vrijgemaakt. De kabels zijn immers verborgen en ingestort in de inwendige constructie in de tunnel bestaande uit technische galerij, de zand-cement-stabilisatie en de betonnen plaat. Vervolgens moest worden uitgezocht welke kabel bij welk segment hoorde. Gelukkig zijn deze herstelwerkzaamheden geslaagd en zijn bij de controlemetingen realistische resultaten gevonden. Van twee kabels is niet meer bekend van welke segmenten deze afkomstig zijn. Het betreft toevallig twee segmenten op een vergelijkbare positie links en rechts in de tunnel. 5 Levensduurmetingen 5.1 Controle- en nulmetingen tunnelringen Tijdens de implementatie van het systeem zijn diverse controlemetingen uitgevoerd: voor en na het storten van de segmenten; voor en na de installatie van de segmenten in de tunnel. Tot nu toe hebben de instrumenten goed gefunctioneerd. De resultaten van installatie en van de metingen worden momenteel gerapporteerd. Daarbij zullen ook de eerste meetresultaten worden geïnterpreteerd en geëvalueerd. Verwacht mag worden dat de signalen nog niet duiden op aantasting en dat de resultaten van de weerstandmetingen met MRE s overeenkomen met de verschillen in vochthuishouding in de tunnelwand (bijv. verschillen tussen binnen- en buitenzijde van de wand). De laatste metingen kunnen worden beschouwd als een nulmeting voor een toekomstig meetprogramma. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 10(13) 1 maart 2005
5.2 Metingen aan dummy segmenten De twee segmenten die als proefstukken zijn vervaardigd, zijn gebruikt voor twee series experimenten. De doelstellingen bij deze experimenten zijn: 1. Ervaring opdoen met de respons van MRE en AL onder GHT omstandigheden; 2. Onderzoeken wat invloed is van gedeeltelijke uitdroging van de buitenzijde van de segmenten tijdens verharding en opslag op de chloride-indringing na installatie in de tunnel; 3. Onderzoek naar de invloed van een lager chloride-gehalte in het grondwater op levensduurberekeningen (in de levensduurberekeningen voor de tunnel is uitgegaan een blootstelling aan zeewater); 4. Ervaring opdoen met de MultiRing-Electrode door weerstandsmetingen in verband te brengen met andere bestaande en veelgebruikte methoden voor weerstandsmetingen. Figuur 7: Foto van dummy-proefstuk voor aanvullende experimenten met instrumenten onder bekende omstandigheden op het terrein van TNO Bouw. Het belangrijkste voordeel van deze experimenten ten opzichte van de metingen in de Groene Hart Tunnel is dat de respons van de instrumenten in verband gebracht kan worden met bekende chloride -exposities en -verdelingen in het beton. De ervaring en kennis uit deze experimenten dragen bij aan de interpretatie van toekomstige metingen in de Groene Hart Tunnel. De experimenten met de dummy-segmenten lopen nog door tot juni 2005. 5.3 Toekomstige metingen De nulmetingen aan beide meetsystemen in de tunnel zijn recentelijk uitgevoerd. Na interpretatie en evaluatie zullen de resultaten zullen worden gerapporteerd. Daarna is het monitoringsysteem opgeleverd en klaar voor gebruik. Het meetsysteem in de tunnel is zo ontworpen dat er relevante meetresultaten worden voorzien op de middellange termijn 5 15 jaar. In de tussentijd kan kennis worden opgebouwd omtrent om de metingen te interpreteren. Met deze instrumenten is in Rijkswaterstaat HSL-Zuid 11(13) 1 maart 2005
andere (tunnel)constructies al ervaring opgedaan. De ervaring met AnodeLadders is echter nog wel beperkt. Dankzij de experimenten met de dummy s zal de ervaring toenemen. In de loop van 2005 zal Bouwdienst Rijkswaterstaat starten met een meetprogramma aan de GHT. De metingen worden opgenomen in een breder monitoringsprogramma van de Bouwdienst. Er zijn in andere, recent opgeleverde tunnels vergelijkbare systemen geïnstalleerd. Dat zijn: de Westerscheldetunnel, de Tweede Heinenoordtunnel en de Tweede Beneluxtunnel. De komende jaren zullen door verschillende marktpartijen periodiek (1 á 2 keer per jaar) in deze vier tunnels metingen worden verricht, de resultaten worden geïnterpreteerd en de ervaringen onderling worden uitgewisseld. 6 Samenvatting en vooruitblik Parallel aan het ontwerp en de uitvoering van de Groene Hart Tunnel is bij Rijkswaterstaat HSL-Zuid een onderzoeksprogramma uitgevoerd. Het programma heeft een aantal thema s waaronder duurzaamheid van de tunnelconstructie. Voor dit thema is onderzoek verricht door Delft Cluster. In één van de Delft Cluster projecten zijn twee ringen van de boortunnel geïnstrumenteerd. De instrumentatie is zodanig gekozen dat het verloop van de verwachte degradatieprocessen in de tunnelwand, die bepalend zijn voor de levensduur van de tunnelconstructie, kan worden gevolgd. Deze processen zijn: Corrosie van de wapening aan de buitenzijde van de tunnelwand door chlorideindringing vanuit het zoute grondwater; Corrosie van de wapening aan de binnenzijde van de tunnelwand door carbonatatie vanuit het milieu in de tunnel. Het doel van metingen met dit systeem is het aanscherpen van het bestaande levensduurontwerp van de tunnel. Dit levensduurontwerp is gemaakt in de ontwerpfase van de tunnel. Daarvoor zijn probabilistische berekeningen gemaakt. Het resultaat is een verwachting van de levensduur met een spreiding. Met behulp van de meetresultaten kan van die voorspellingen een update worden gemaakt waardoor de ligging van de verwachtingswaarde verschuift en/of de spreiding kleiner zal worden. Voordat een update wordt gemaakt van de levensduurvoorspellingen moet eerst ervaring worden opgedaan met de interpretatie van meetresultaten uit de tunnel. De signalen van de instrumenten zijn immers enkel indicatoren voor parameters uit de degradatieprocessen. De experimenten met zg. dummy-segmenten spelen hierbij een belangrijke rol. In deze experimenten kunnen de metingen in verband worden gebracht met verifieerbare of meetbare informatie over de condities in en rond het beton. In dit artikel is beschreven hoe het meetsysteem voor toekomstige monitoring tot stand is gekomen. In februari zijn nulmetingen uitgevoerd. Een interpretatie en evaluatie van alle controle- en nulmetingen wordt nu uitgevoerd. De resultaten moet aantonen dat het systeem klaar is voor toekomstig gebruik. Bouwdienst Rijkswaterstaat zal de komende jaren metingen laten uitvoeren in de Groene Hart Tunnel en een drietal andere recent opgeleverde tunnels. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 12(13) 1 maart 2005
Aan het ontwerp en de implementatie van het meetsysteem is sinds 2001 gewerkt. Daarbij is wetenschap toegepast op de bouwplaats met alle complicaties die daarbij horen. Terugkijkend op alle activiteiten in het project valt op dat de omvang van de (herstel-)werkzaamheden wordt bepaald door aanwezigheid van kabels en meetkastjes in het systeem. Het is de moeite waard om in toekomstige projecten de toepassing van draadloze instrumenten en van draadloos meten te introduceren. Tot slot Deze werkzaamheden in het Delft Cluster project zijn uitgevoerd door TNO Bouw en S+R Sensortec. Beide partijen worden bedankt voor hun inzet, met name voor de inzet in verband met het herstel van het beschadigde meetsysteem. Daarnaast speelden de partijen op de bouwplaats en in de segmentenfabriek een rol. Dankzij een uitstekende samenwerking met tunnelaannemer Bouygues / Koop bij voorbereidingen en realisatie en met aannemer CBBN bij de bescherming van het systeem tijdens het aanbrengen van de brandwerende bekleding is dit project met succes afgerond. Rijkswaterstaat HSL-Zuid 13(13) 1 maart 2005