96-CON-R0302Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel 9 mei 1996 R. Both 1 F.J.M. Hoefsloot 2 R.L. Kuijer 3 F.M. Middeldorp 4 P.C. van Staalduinen 4 1 Gemeentewerken Rotterdam 2 Fugro Ingenieursbureau BV 3 Intersec BV 4 TNO Bouw
Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. "8 Rapport K100-W-025 Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel, mei 1996, CUR/COB, Gouda." Aansprakelijkheid CUR/COB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en CUR/COB sluit, mede ten behoeve van al diegenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.
Titel en sub-titel: Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel Datum rapport: Mei 1996 Schrijver(s): R. Both, F.J.M. Hoefsloot, R.L. Kuijer, F.M. Middeldorp, P.C. van Staalduinen Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: 96-CON-R0302 Projectleider(s) opdrachtnemer: ir P.C. van Staalduinen COB/K100-document nummer: K100-W-025 Projectbegeleider opdrachtgever: ir P.S. Jovanovic Naam en adres opdrachtnemer: TNO-Bouw Postbus 49 2600 AA Delft Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus 420 2800 AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: In dit rapport is een specificatie gegeven van meetinstrumenten en data-acquisitie-apparatuur, bedoeld voor het meten van de belastingen op een segmentele boortunnel en van de krachtswerking in de tunnelsegmenten. De specificatie is opgesteld voor de Tweede Heinenoordtunnel. Het rapport beschrijft de wijze waarop de instrumentatie in de tunnelsegmenten kan worden geplaatst, de werkwijze voor het kalibreren van de geïnstrumenteerde tunnelringen en een plan voor het installeren van de data-acquisitieapparatuur. Tevens is een inkoopplan voor de benodigde instrumentatie, meetapparatuur en voorzieningen opgenomen. Relationele rapporten: Trefwoorden: Boortunnels, Instrumentatie, Meetringen Verspreiding: COB-commissie K100 Classificatie: Intern COB-rapport Classificatie deze pagina: nee Aantal blz: 157 Prijs: Versie Datum Namens opdrachtnemer Paraaf Namens opdrachtgev er concept 1 01/03/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt concept 2 25/03/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt concept 3 23/04/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt definitief 09/05/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt Paraaf
Title and sub-title: Specification of measuring devices for the instrumented segments in the Tweede Heinenoordtunnel Date report: May 1996 Author(s): R. Both, F.J.M. Hoefsloot, R.L. Kuijer, F.M. Middeldorp, P.C. van Staalduinen Type report: Interim-report Reportnumber contractor: 96-CON-R0302 Project manager(s) contractor: ir P.C. van Staalduinen COB/K100-report number: K100-W-025 Project attendant principal: ir P.S. Jovanovic Name and address contractor: TNO-Bouw P.O. Box 49 2600 AA Delft The Netherlands Name and address principal: Centrum Ondergronds Bouwen P.O. Box 420 2800 AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary of report: This report gives a specification of measurement equipment and data-acquisition, intended for measuring the loads on a segmented bored tunnel and for measuring the internal forces and moments in the tunnel segments. The specification has been made for the Second Heinenoordtunnel. The report gives a description of the procedures for installing the transducers into the concrete tunnel segments, of the method of calibration and a procedure for installing the data-acquisition facilities. A purchase plan for the necessary instrumentation, measurement equipment and other facilities is also contained in the report. Relational reports: Keywords: Bored tunnels, Instrumentation, Instrumented segments Distribution: COB-committee K 100 Classification: Internal COB-report Classification this page: no Number of pages: 157 Price: Version Date On behalf of contractor Initials On behalf of principal draft 1 01/03/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt draft 2 25/03/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt draft 3 23/04/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt final 09/05/96 ir P.C. van Staalduinen drs W. van Schelt Initials
VOORWOORD Kennis en ervaring op het gebied van ondergronds bouwen in zachte grond is belangrijk als Nederland de actualiteit wil volgen en de (inter)nationale positie van de Nederlandse ont-werpers en bouwers wil handhaven. Door een breed forum van partijen uit bedrijfsleven, overheid en kennisinstituten is in 1994 het Impulsprogramma Kennisinfrastructuur Ondergronds Bouwen opgesteld. Het doel van dit Impulsprogramma is te komen tot een duurzame versterking van de kennisinfrastructuur. De kern van deze kennisinfrastructuur vormt het Centrum Ondergronds Bouwen (COB), dat onderzoek en ontwikkelingen op het gebied van ondergronds bouwen initieert en coördineert. COB maakt gebruik van de werkwijze en infrastructuur van het Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR) te Gouda. De activiteiten van het COB worden uitgevoerd onder de noemer CUR/COB. Een leerstoel "Ondergronds Bouwen" aan de TU Delft is nauw gelieerd aan het COB. In CUR/COB participeert een breed scala aan bedrijven, branche-organisaties, onderzoeksinstellingen, wetenschappelijke instituten en overheden. Via een bijdrage van de Interdepartementale Commissie voor het Economisch Structuurbeleid (ICES) in het Impulsprogramma stimuleert de overheid de totstandkoming van deze kennisinfrastructuur. Het onderzoek en ontwikkelingswerk van CUR/COB worden verricht in het kader van een omvattend uitvoeringsprogramma. Dit uitvoeringsprogramma kent in eerste instantie vier thema's, te weten "Boren in zachte grond", "Verkennen, voorspellen en monitoren", "Economische tunnelbouw" en "Construeren, beheren en onderhouden". De thema's worden ingevuld met uit te voeren onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten. Een belangrijk project binnen het eerste thema is het "Praktijkonderzoek Boortunnels" (CUR/COB-uitvoeringscommissie K 100). De kern van dit project bestaat uit een intensieve monitoring van de twee Praktijkprojecten Boortunnels, de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. Door middel van deze monitoring worden bestaand instrumentarium voor verkenning van de ondergrond en voorspellingsmodellen voor het gedrag van constructie en grond getoetst. Voorliggend werkdocument "Specificatie van de instrumentatie ten behoeve van de meetringen in de tweede Heinenoordtunnel" is onder verantwoordelijkheid van deze commissie tot stand gekomen en moet gezien worden als uitvoeringsonderdeel van het predictieplan. Het rapport beschrijft de benodigde meetinstrumenten en data-acquisitie bedoeld voor het meten van belastingen op de tunnel en de krachtswerking in de tunnelsegmenten. Aangegeven is hoe de meetinstrumenten kunnen worden aangebracht in de tunnelsegmenten en welke kalibraties kunnen worden uitgevoerd. Ook voor de data-acquisitie is een specificatie opgesteld en is een installatieplan gemaakt, dat erop gericht is de metingen in een zo vroeg mogelijk stadium na het plaatsen van de tunnelsegmenten te kunnen starten.
De samenstelling van de commissie, die dit rapport heeft voorbereid, was: ir. K.J. Bakker, voorzitter drs. W. van Schelt, secretaris ir. P.H.J. Ackermans dr.ir. P. van den Berg ir. J.P.M. Bol ing. H.J. Hagen ing. H. de Kruijff ing. A. van de Meent ir. H.C. Peerdeman ing. A.A. Proper dr.ir. A. Pruijssers ir. P. van Putten ir. S.F. de Ronde ir. L.E.B. Saathof ir. E.A.H. Teunissen ing. R.W.P. Uitermarkt ing. P.H. Verheijen ir. H.J. Vos prof.dr.ir. J.F. Agema, mentor CUR ir. J.N. Altenburg, coördinator COB Samenstelling van Projectbureau Boortunnels: ir. K.J. Bakker ir. W.F.J. de Jager ir. P.S. Jovanovic ir. A.J.M. Kösters ing. E.A. Kwast ir. L.B.J. van Oldeniel ir. J.W. Plekkenpol drs. W. van Schelt mei 1996 Projectbureau Boortunnels,
INHOUD Hoofdstuk 1 INLEIDING 1 Hoofdstuk 2 DOEL VAN DE INSTRUMENTATIE 4 Hoofdstuk 3 MEETMETHODEN 7 Hoofdstuk 4 BASISGEGEVENS EN RANDVOORWAARDEN 9 4.1 Overzicht basisgegevens...9 4.2 Randvoorwaarden...10 4.3 Uitgangspunten...11 Hoofdstuk 5INSTRUMENTEN VOOR BEPALING VAN BELASTING EN KRACHTSWERKING... 12 5.1 Moment en normaalkracht in de ring...12 5.2 Axiale krachten...15 5.3 Kwantificering van momenten en normaalkrachten in de ring...16 5.4 Kwantificering axiale krachten...17 5.5 Kwantificering drukken op de tunnellining...19 5.6 Kwantificering van de verschilverplaatsingen over de voegen...19 5.7 Benodigd meetbereik en resolutie van de meetopnemers...20 5.8 Keuze van meetbereik en resolutie van de meetopnemers...21 5.9 Criteria bij de keuze van rekopnemers...21 5.10 Criteria bij de keuze van gronddrukopnemers...23 5.11 Criteria bij de keuze van verplaatsingsopnemers...25 Hoofdstuk 6DE RELATIE TUSSEN DE MEETRINGEN EN VERVORMINGS- METINGEN... 31 6.1 Inleiding...31 6.2 Tachymetrie...31 6.3 Meting van deformaties over de voegen...31 6.3 Basset Convergence System...32 Hoofdstuk 7EVALUATIE EN VOORSTEL VOOR DE INSTRUMENTATIE... 34 7.1 Inleiding...34 7.2 Rekopnemers in de tunnelsegmenten...34 7.3 Gronddrukopnemers...35 7.4 Verplaatsingsopnemers...36 7.5 Samenhang van de instrumentatie met onderzoeksdoelen en predicties...36 7.5.1 Inleiding 36 7.5.2 Rekopnemers 36
7.5.3 Gronddrukopnemers 37 7.5.4 Verplaatsingsopnemers 37 7.5.5 Relatie met predictie-studies 38 7.6 Nadere specificatie...39
Hoofdstuk 8LOKATIES VAN DE MEETRINGEN EN RELATIE MET ANDERE EXPERIMENTEN... 35 8.1 Inleiding...35 8.2 Meetgebied Noord...35 8.3 Meetgebied Zuid...35 8.4 Proefpalenveld...35 8.5 Leksimulatie...35 8.6 Statische belastingsproef tunnelring...36 8.7 Geotechnische metingen in het meetgebied Noord en Zuid...36 8.7 Proefpalenproject...37 8.9 Metingen aan de TBM... 37 Hoofdstuk 9 INBOUW VAN DE INSTRUMENTEN EN LOGISTIEK 38 9.1 Aanbrengen van de opnemers...38 9.2 Voorbereidingen voor installatie...39 9.3 Installatie van de meetring...39 9.4 Installatie van de relatieve verplaatsingsopnemers...41 9.5 Overzicht materialen per meetring...41 Hoofdstuk 10 DATA-ACQUISITIE 43 10.1 Eisen, randvoorwaarden en uitgangspunten...43 10.2 Beschrijving van de systeemonderdelen...44 10.3 Invulling van de systeemonderdelen...45 10.3.1 Algemeen 45 10.3.2 Data-acquisitie 45 10.3.3 Data-transmissie 46 10.3.4 Data-opslag 47 10.3.5 Data-presentatie 47 10.4 Systeembeschrijving...48 Hoofdstuk 11 METINGEN EN RAPPORTAGES 49 11.1 Meetschema...49 11.2 Overzicht van meetwaarden...51 11.3 Rapportage van de meetwaarden...51 Hoofdstuk 12RISICO'S T.A.V. DE FUNCTIONALITEIT VAN HET MEETSYSTEEM... 52
12.1 Inleiding...52 12.2 Meetopnemers...52 12.3 Verbindingen tussen opnemers en klemmenkasten in de segmenten...53 12.4 Klemmenkasten, connectors en verbindingen met data-acquisitie-kasten...53 12.5 Data-acquisitie-apparatuur...53 12.6 Reserve-apparatuur...53 12.7 Vervangingen of reparaties...54 12.8 Controle op goede werking meetsysteem...54
Hoofdstuk 13 KALIBRATIE VAN DE INSTRUMENTEN/TUNNELSEGMENTEN 55 13.1 Kalibratie van de meetinstrumenten...55 13.2Kalibratie van ingebouwde meetinstrumenten voor plaatsing van de tunnelsegmenten...55 13.3 Kalibratie van de gronddrukopnemers...58 13.4 Kalibratie van de meetinstrumenten na het plaatsen van de tunnelsegmenten...58 13.5 Protocol voor kalibratie...59 13.5.1 Rekopnemers 59 13.5.2 Gronddrukopnemers 60 13.5.3 Verplaatsingsopnemers 60 13.6 Functionele controles van het data-acquisitie-systeem...60 13.6.1 Data-acquisitie-kasten voor montage in de tunnel 60 13.6.2 Data-acquisitie-kasten na montage in de tunnel 60 13.6.3 Meeraderige kabels 61 Hoofdstuk 14 DRAAIBOEK 62 14.1 Inleiding...62 14.2 Voorbereidingen tunnelsegment...62 14.3 Kalibratie meetinstrumenten...62 14.4 Voorbereidingen data-acquisitie...62 14.5 Voorbereidingen voor en installatie van een meetring...63 14.6 Meetschema...63 Hoofdstuk 15 INKOOPPLAN 65 Hoofdstuk 16 KOSTENRAMING 67 Hoofdstuk 17 CONCLUSIES 72 LITERATUUR... 74
BIJLAGEN BIJLAGE 1 -Gegevens rek-, gronddruk- en verplaatsingsopnemers BIJLAGE 2 -Implementatie meetopnemers in segmenten BIJLAGE 3 -Data sheets CR-10 BIJLAGE 4 -Data sheets Micro-10 BIJLAGE 5 -Hulpframes voor de kalibratie van de segmenten BIJLAGE 6 - Proefpalenveld BIJLAGE 7 - Meetgebieden Noord en Zuid
HOOFDSTUK 1 INLEIDING De tweede Heinenoordtunnel is de eerste geboorde tunnel in Nederland met een segmenteel opgebouwde tunnellining, bedoeld voor wegverkeer. Het boren van dergelijke tunnels is niet nieuw - elders in de wereld zijn een groot aantal van dergelijke geboorde tunnels gebouwd. Toch maakt met name de slappe grond in Nederland het boren van een tunnel in Nederlandse bodem tot een specifiek nieuwe omstandigheid. Er bestaat op dit moment relatief weinig inzicht in de wijze waarop de krachten op en de krachtswerking in de segmenteel opgebouwde tunnellining zich na het installeren en in de loop van de tijd zal ontwikkelen. In het kader van het onderzoekprogramma van CUR/COB commissie K100 is voorzien dat enkele ringen van de Tweede Heinenoord tunnel zullen worden voorzien van meetinstrumenten, om de op de ringen werkende belasting, de krachten in de tunnelringen en de vervormingen te kunnen meten. Er zijn thans drie meetringen voorzien, in de meetgebieden noord en zuid elk één en onder de noordoever één. Elke meetring wordt voorzien van opnemers om de vervorming van de meetring alsmede de gronddruk ter plaatse te kunnen meten. De meetringen dienen enerzijds om het lange termijn gedrag van de optredende krachten en vervorming te kunnen meten, maar anderzijds ook om het korte termijn gedrag tijdens het boren van de tweede tunnelbuis op de eerst geboorde buis te meten. Daarnaast moeten de meetringen bruikbaar zijn voor andere experimenten, zoals de leksimulatie (I-13a) en de statische belastingsproef (E-01). Het Centrum Ondergronds Bouwen heeft aan TNO Bouw, Fugro Ingenieursbureau BV, Intersec BV en Gemeentewerken Rotterdam gevraagd een specificatie op te stellen ten behoeve van de meetringen in de Tweede Heinenoordtunnel alsmede een inkoopplan van de instrumenten. Gevraagd is een integraal, kant en klaar pakket van beschrijvingen van instrumenten en hardware, inclusief tekeningen van de wijze waarop de instrumenten, software en hardware moeten worden gebruikt ane of in de tunnelsegmenten moeten worden ingebouwd. Aangegeven is dat dit betrekking heeft op de instrumenten benodigd onder: I-06 Instrumentatie Ringen I-13 Lekdetectie-systemen E-01 Statische belastingsproef tunnelring Tevens blijkt uit de beschrijving van de werkzaamheden een interactie met I-07 (Het meten van de tunnelvervorming met een meetpuntennet). Met deze opsomming is de offerte-aanvraag niet geheel eenduidig. Zo zou, conform het Instrumentatie en meetplan I-13 geen doorgang vinden, maar in plaats daarvan een instrumentatie I-13a (leksimulatie), terwijl E-01 geen speciale instrumentatie aan de tunnelring vereist. Daarom heeft overleg met het Projectbureau Boortunnels plaatsgevonden. Resultaat van dit overleg is dat de instrumentatie van de tunnelring zo moeten worden uitgewerkt, dat zij voor de instrumentatie/experimenten I-13a (Leksimulatie) en E-01 (Statische belastingsproef tunnelring) 1
bruikbaar zullen zijn. In het onderhavige voorstel zijn derhalve geen fysieke voorzieningen voor het uitvoeren van de leksimulatie of voor het uitvoeren van de statische belastingsproef opgenomen. De interactie met instrumentatie I-07 betreft metingen van de vervormingen van de tunnelring. Conform de offerte-aanvraag zijn daartoe benodigde voorzieningen in de specificatie van de instrumentatie opgenomen. Hoewel aanvankelijk was voorzien dat de Meetkundige Dienst voor deze voorzieningen het ontwerp zou aanleveren, is in een later stadium door het Projectbureau aan TNO verzocht hiervoor een ontwerp te maken. Tenslotte heeft de offerte-aanvraag betrekking op de tunnelsegmenten voor de Tweede Heinenoord Tunnel. Volgens het Instrumentatie en meetplan betreffen dit statische meetringen. De uitwerking in dit voorstel heeft derhalve uitsluitend betrekking op de statische meetringen en niet op de dynamische meetringen ten behoeve van de Botlek-spoortunnel. De werkzaamheden zijn uitgevoerd met inachtneming van de 'uitgangspunten' zoals opgenomen in de offerte-aanvraag. De werkzaamheden vallen, conform de offerte-aanvraag, uiteen in twee delen, A en B, die hierna afzonderlijk zijn behandeld. Fase A De onderwerpen uit de offerte-aanvraag zijn hierna aangegeven onder A1 tot en met A5. Ten opzichte van de offerte-aanvraag is één onderdeel toegevoerd, te weten A0. A0Het opstellen van een operationeel concept voor de instrumentatie, op basis van beschikbare meet-technieken, technieken voor data-transmissie en data-acquisitie, rekening houdend met de specifieke onderzoeksdoelen en met de omstandigheden waaronder de metingen moeten worden verricht. Gestreefd wordt naar instrumenten in de tunnellining (zoals rekopnemers) en naar instrumenten aan de tunnellining ten behoeve van de bepaling van de krachtswerking in de meetringen. A1Het evalueren van de benodigde instrumenten en het opstellen van een voorstel van de gewenste instrumenten in en aan de tunnellining, alsmede het leggen van de relatie met de daarmee gediende onderzoeksdoelen, e.e.a. conform de offerte-aanvraag. A2Het maken van een definitief ontwerp (besteksgereed) voor de inbouw of montage van de diverse instrumenten ten behoeve van de meetringen. In dit ontwerp zullen tevens voorzieningen voor I-07 worden opgenomen. A3Het verzorgen van een definitief ontwerp (besteksgereed) voor de bekabeling (voeding en datatransmissie) van de in de meetring te installeren instrumenten. In het ontwerp zullen tevens eventueel benodigde voorzieningen voor de bekabeling zijn gespecificeerd, e.e.a. conform de offerte-aanvraag. A4Het maken van een definitief ontwerp (besteksgereed) van een data-acquisitie-systeem ten behoeve van de metingen aan de meetringen. Van alle hiertoe benodigde voorzieningen 2
zullen gegevens worden gespecificeerd, e.e.a conform de offerte-aanvraag. A5Het verzorgen van een inkoopplan en het maken van een kostenoverzicht voor alle binnen deze opdracht omschreven instrumenten, hardware en eventuele software, alsmede een overzicht van leveranciers en een indicatie van de levertijden, e.e.a. conform de offerteaanvraag. Fase B B1Het opstellen van een protocol voor het kalibreren en testen van de in de meetringen geïnstalleerde instrumenten, zowel voor de installatie van de meetring als tijdens het boorproces B2Het schrijven van een draaiboek voor het bemeten, plaatsen en aansluiten van de meetringen en voor het bemeten tijdens de statische belastingsproef (E01) tijdens het boorproces. Dit rapport bevat de specificatie van de benodigde instrumentatie voor deze meetringen en gaat tevens in op de achtergronden en overwegingen van de voorgestelde instrumentatie van de tunnellining van de Tweede Heinenoordtunnel. 3
HOOFDSTUK 2 DOEL VAN DE INSTRUMENTATIE In het onderzoekprogramma van CUR/COB commissie K100 zijn onderzoeksdoelen omschreven. Voor een uitgebreidere omschrijving van deze onderzoeksdoelen wordt verwezen naar het Instrumentatie- en meetplan (CUR/COB rapport K100-01). De relevante onderzoeksdoelen zoals vermeld in het Instrumentatie- en meetplan met betrekking tot de snedekrachten in de segmenten zijn: -V-11 Bepaling van de invloed van het staarteffect. -V-14Vaststellen van de ringstijfheid van de tunnelconstructie (constructieve aspecten) -V-19Vaststellen van de tangentiële interactie tussen de segmenten. -V-20Vaststellen van de axiale interactie tussen de segmenten. -V-22Bepalen van de invloed van de afstand tussen de tunnelbuizen. -V-23Vaststellen van de tangentiële wrijving (grond-constructie interactie). -V-24 Onderzoek naar de ringdeformaties in relatie tot tweede-orde effecten. -V-32 Onderzoek naar de liggerwerking van de tunnelbuis. De relevante onderzoeksdoelen met betrekking tot de totale gronddruk op de segmenten zijn: -V-11 Bepaling van de invloed van het staarteffect -V-12 Vaststellen van de spanningen in de omgeving. -V-17Bepalen van de gronddrukken op de tunnelconstructcie -V-20 Vaststellen van de axiale interactie tussen de segmenten -V-22Bepalen van de invloed van de afstand tussen de tunnelbuizen. De relevante onderzoeksdoelen met betrekking tot de vervormingen over de voegen van de segmenten zijn: -V-11 Bepaling van de invloed van het staarteffect. -V-14Vaststellen van de ringstijfheid van de tunnelconstructie (constructieve aspecten) -V-19Vaststellen van de tangentiële interactie tussen de segmenten. -V-20Vaststellen van de axiale interactie tussen de segmenten. -V-22Bepalen van de invloed van de afstand tussen de tunnelbuizen. -V-24 Onderzoek naar de ringdeformaties in relatie tot tweede-orde effecten. -V-32 Onderzoek naar de liggerwerking van de tunnelbuis. Deze onderzoeksdoelen zijn gekoppeld aan een groot aantal metingen en experimenten. De instrumentatie van de elementen van de tunnellining is één van die instrumentatie, aangegeven als I-06 in het Instrumentatie en meetplan. Het doel van instrumentatie I-06 in relatie tot de hiervoor omschreven onderzoeksdoelen is als volgt: -het bepalen van de krachtswerking in en de krachten op in de tunnel, vanaf het installeren tot enkele weken na het boren; -een langeduur meting van krachtswerking en krachten op de tunnel, waarbij onder meer de invloed van het boren van de tweede tunnel kan worden nagegaan; -het bepalen van de krachten in de tunnel bij een dynamische belasting. 4
Dit laatste aspect is niet van belang bij de Tweede Heinenoordtunnel, maar wel bij de Botlekspoortunnel, en zal hier verder niet worden beschouwd, aangezien dit specifieke eisen aan de instrumentatie stelt. Daarnaast is in de offerte-aanvraag door het COB als randvoorwaarde gesteld dat de instrumentatie genoemd onder I-06 ook bruikbaar moeten zijn voor de experimenten leksimulatie (I-13a) en Statische belastingsproef tunnelring. Op de relatie met deze experimenten zal in dit rapport nog expliciet worden ingegaan. In het Instrumentatie- en meetplan is in hoofdlijnen de wijze van instrumentatie al aangegeven. Enkele ringen van de tunnel zullen worden voorzien van rekopnemers voor het meten van de extensie- en buigrekken in de ring en in axiale richting van de tunnel. Tevens zullen per ring ca. 14 gronddrukopnemers worden aangebracht voor het bepalen van de belasting op de tunnel. De metingen voor de Tweede Heinenoordtunnel betreffen alle quasi-statische metingen. Meer algemeen geformuleerd is de instrumentatie in de tunnellining bedoeld om inzicht te geven in de krachten op en in de krachtwerking in de tunnellining. Naar verwachting is deze krachtwerking een proces dat sterk afhankelijk is van de tijd. Dit wordt veroorzaakt door de specifieke wijze van aanleg van de tunnel, namelijk als boortunnel. Achtereenvolgens zullen belastingen worden ondervonden van de boormachine zelf (voornamelijk grote axiale krachten), van de geïnjecteerde grout in de staartspleet (voornamelijk tangentiele normaalkrachten en momenten), en van de gronddrukken op de tunnel na het verharden van de groutlaag. De belasting van de grond op de tunnel heeft een bijzonder karakter, in die zin dat deze ook sterkte verleent aan de segmenteel opgebouwde tunnelbuis. Daarnaast is het gedrag van de grond ook tijdsafhankelijk en treedt (afgezien van een seculair proces) een zekere evenwichtssituatie pas na verloop van tijd in. Hierdoor kan ook de liggerwerking in de tunnel worden aangesproken. Verder heeft het aanleggen van de tweede tunnelbuis van de Tweede Heinenoordtunnel, op korte afstand van de eerste tunnelbuis, ook invloed op de grondspanningen en daarmee op de belastingen op en de krachtwerking in de eerste buis. Tenslotte zullen ook activiteiten verband houdend met het gebruik van de bovengrondse ruimte van invloed kunnen zijn op de belastingen op de bodem en op de krachtswerking in de tunnelbuis. Hierbij valt te denken aan belastingen door gebouwen en aan belastingen door paalfunderingen in de omgeving van de tunnelbuis. Ook calamiteiten, zoals lekkages kunnen leiden tot een wijziging van de grond en waterspanningen en daarmee tot de belastingen op de tunnel. Deze verschillende belastingsomstandigheden leiden ertoe dat voor het verkrijgen van inzicht in de krachtwerking van de tunnel praktisch vanaf het moment van het installeren van de ring tot en een ruime termijn na het opleveren van de tunnel de krachtwerking gemeten zal moeten worden. Dit betekent dat in het bijzonder hoge eisen moeten worden gesteld aan de stabiliteit van de in te zetten meetinstrumenten. Het is van groot belang dat een goede relatie kan worden gelegd tussen de resultaten van de metingen aan de krachtswerking van de tunnel en de deformaties die optreden over de voegen van de segmenteel opgebouwde tunnel. Hierbij zijn zowel de korte termijn (enkele dagen tot weken na het installeren) als de lange termijn van belang. Ook moet een relatie kunnen worden gelegd tussen de resultaten van de metingen aan de 5
krachtswerking van de tunnel en de geotechnische metingen die worden verricht in de bodem buiten de tunnel in de proefvelden aan de noord- en zuidoever, alsmede tussen krachtwerking en de vervormingen van de tunnel. De uitwerking van de geotechnische instrumentatie van de meetvelden aan de noord- en zuidoever is onderwerp van een separaat door CUR/COB in opdracht gegeven studie. Dit geldt ook voor de lange termijn doorsnedevervormingsmetingen van de tunnelbuis, welke wordt uitgewerkt door de Meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat. Volgens het Meet- en instrumentatieplan zullen de meetinstrumenten moeten worden aangebracht in de eerst te boren buis van de Tweede Heinenoordtunnel. Wat betreft de lokaties van de meetringen is gesteld dat deze onder het meetveld zuid en het meetveld noord zullen komen en mogelijk op één locatie nabij de noordoever. De positionering onder de meetvelden noord en zuid is van groot belang voor de koppeling met de geotechnische metingen. De locatie bij de noordoever zou kunnen samenvallen met de locatie van het proefpalenveld. De lokaties van de meetringen zijn in dit rapport aangegeven. 6
HOOFDSTUK 3 MEETMETHODEN Voor het meten van de krachtswerking in constructie-onderdelen kan vrijwel uitsluitend gebruik gemaakt worden van indirecte meetmethoden. Wat betreft de krachtwerking in ringvormige constructies kan een onderscheid worden gemaakt in directe methoden, die zijn gebaseerd op het meten van krachten of spanningen in de ring, en in indirecte methoden die betrekking hebben op de vervormingen in termen van tangentiele rekken in de ring of in methoden die betrekking hebben op de vervorming in termen van radiale verplaatsingen van de ring. In het eerste geval moet gedacht worden aan het inbouwen van meetopnemers waarmee direct de in de constructie heersende spanning kan worden gemeten. Hierbij kan worden gedacht aan het in bouwen van betondrukopnemers of krachtopnemers in de tunnelsegmenten. Noodzakelijk is het gebruik van relatief grote drukopnemers. Voorbeelden van in het buitenland uitgevoerde monitoringprojecten geven aan dat hiermee een goede indruk van axiaal en tangentieel optredende normaalkrachten kan worden verkregen. Er zijn voorbeelden van projecten waarbij deze opnemers tussen de voegen van de tunnelsegmenten zijn geplaatst. Voor het meten van buigende momenten is deze methode minder eenvoudig toe te passen, aangezien dan kleinere drukopnemers verdeeld over de hoogte van de doorsnede van een tunnelsegment worden aangebracht. In het tweede geval kunnen tangentiele en axiale normaalkrachten en buigende momenten in de constructie worden bepaald door het meten van de rekken. Het meten door middel van rekopnemers heeft het voordeel van flexibiliteit (er kan gemeten worden waar dat nodig wordt geacht, zowel buiten als in het tunnelsegment) en volledigheid (er kunnen zowel tangentiele als radiale momenten en normaalkrachten worden bepaald). Uiteraard zal de mate waarin men in staat zal zijn het verloop van de axiale en tangentiele normaalkrachten en buigende momenten door middel van meting vast te stellen afhangen van de verdeling van de in te zetten meetinstrumenten over de omtrek van de tunnel. Bij het meten van rekken in of aan de tunnelsegmenten is altijd een omrekening naar krachten en momenten noodzakelijk welke afhangt van de geometrie van het tunnelsegment en van de elasticiteitsmodulus. De wijze waarop omrekening moet plaatsvinden zal dan ook aangegeven moeten worden. In het derde geval kan door middel van het meten van het macro-vervormingsgedrag van de tunnelring, bijvoorbeeld door het rechtstreeks meten van de radiale verplaatsingen of de afgeleide daarvan (hoekverdraaiingen), een relatie worden gelegd met de buigende momenten in de tunnelring. Deze methode leidt niet tot inzicht in axiale normaalkrachten en buigende momenten en evenmin in de tangentiele normaalkrachten. Bovendien is ook hier inzicht nodig in de geometrie van de tunnelsegmenten en in de elasticiteitsmodulus van de tunnelsegmenten. Dergelijke meetsystemen (in de praktijk bekend als het Bassett Convergence System) zijn in buitenlands projecten eerder met succes ingezet. Uit het Instrumentatie- en meetplan komt naar voren dat het van groot belang is de metingen zo kort mogelijk na het aanbrengen van de tunnelsegmenten te kunnen starten. Bovendien is het meten van de axiale en tangentiele momenten en normaalkrachten van groot belang. Dit impliceert 7
dat een voorkeur bestaat voor het meten van krachten en/of rekken in of aan de tunnelsegmenten zelf, in plaats van een indirecte meting van de vervormingen van de tunnelring. De Tweede Heinenoordtunnel bestaat uit een groot aantal praktisch identieke tunnelsegmenten die worden geprefabriceerd. Omwille van een minimale ingreep in het bouwproces, verdient het de voorkeur geen meetinstrumenten voor het meten van krachten (zoals drukdozen) tussen de segmenten in de voegen. Dit zou leiden tot aanpassingen van de afmetingen van de segmenten en van de detaillering van de voegen. Het verdient daarom de voorkeur naar onze mening de plaatsing van de instrumenten binnen de afmetingen van de elementen van de tunnelsegmenten te realiseren. Dit betekent dat de meetinstrumenten bij voorkeur in de betondoorsnede van de segmenten moeten worden opgenomen. Vanwege de genoemde flexibiliteit bij het uitvoeren van rekmetingen en de kleine afmetingen van de rekopnemers die daarvoor nodig zijn, is in deze specificatie een instrumentatie voor de bepaling van de krachtwerking in de tunnelsegmenten uitgewerkt, die is gebaseerd op het inbouwen van rekopnemers. Het meten van de belasting vanuit de grond/grout op de tunnelsegmenten kan relatief eenvoudig gebeuren door middel van een directe meting in de vorm van gronddrukopnemers. Rekmetingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van rekstroken (weerstandsverandering) of via het principe van een snaar (frequentieverandering). Beide methoden zijn beschouwd en geëvalueerd. Een belangrijk keuze-aspect bij het gebruik van rekopnemers is de configuratie waarin deze in de tunnelsegmenten worden ingebouwd. Ook hiervoor is een voorstel uitgewerkt. Gronddrukken op de segmenten kunnen direct gemeten worden met behulp van gronddrukopnemers welke in de elementen, aan de buitenzijde, kunnen worden opgenomen. Zoals eerder al gesteld zouden de metingen van de krachtswerking in de tunnelsegmenten moeten worden aangevuld door vervormingsmetingen van de tunneldoorsnede. Uit zeer nauwkeurige vervormings-metingen kunnen in principe ook de tangentiele buigende momenten in de tunnelring worden afgeleid. Mits de onnauwkeurigheid voldoende klein is kan hiervoor de lange termijn doorsnede-vervormingsmeting worden gebruikt die door de Meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat wordt uitgewerkt. Deze metingen kunnen echter niet op korte termijn na het plaatsen van de meetring worden uitgevoerd, omdat de aanwezigheid van de volgwagen van de boormachine dit enige tijd belemmert. Omdat de vervormingen van de tunnelring als geheel voor het grootste deel tot uitdrukking zullen komen in de vorm van rotaties over de voegen, zou in de gewenste vervormingsmeting kunnen worden voorzien door het meten van de voegopening van de voegen in tangentiele en in axiale richting. Ook radiale verschilverplaatsingen tussen segmenten zijn in dit verband van belang. 8
HOOFDSTUK 4 BASISGEGEVENS EN RANDVOORWAARDEN 4.1 Overzicht basisgegevens Voor het ontwerp van de instrumentatie is gebruik gemaakt van de volgende gegevens: a) Instrumentatie en meetplan K100 b) Tekeningen van de tunnelsegmenten en wapening, vertrekt door het projectbureau: -T THT BT W306-1a d.d. 12-10-1995 boortunnel wapening rechtse ring A4-R - T THT BT W101-B d.d. 28-09-1995 boortunnel wapening segment K -T THT BT W205-1a d.d. 10-10-1995 boortunnel wapening linkse ring, segment A2-L -T THT BT W204-1a d.d. 10-10-1995 boortunnel wapening linkse en rechtse ring, segment A1-L en A5-R; -T THT BT W203-1a d.d. 13-10-1995 boortunnel wapening linkse ring, segment C-L -T THT BT W202-1a d.d. 12-10-1995 boortunnel wapening linkse ring, segment B-L -T THT BT W206-1a d.d. 10-10-1995 boortunnel wapening linkse ring, segment A3-L -T THT BT W305-1a d.d. 11-10-1995 boortunnel wapening rechtse ring, segment A3-R -T THT BT W304-1a d.d. 11-10-1995 boortunnel wapening rechtse ring, segment A2-R -T THT BT W208-1a d.d. 10-10-1995 boortunnel wapening linkse en rechtse ring, segment A5-L en A1-R; -T THT BT W302-1a d.d. 13-10-1995 boortunnel wapening rechtse ring, segment B-R -T THT BT W303-1a d.d. 13-10-1995 boortunnel wapening rechtse ring, segment C-R - T THT BT W207-1a d.d. 11-10-1995 boortunnel wapening linkse ring, segment A4-L c)een principe tekening van de boormachine en volgwagen, nummer 504-A-000-00 van Herrenknecht ('Complete Concept Slurry Mode', d.d. 28.06.1995) d)gegevens ten behoeve van een schatting van de te verwachte buigende momenten in de ring en normaalkrachten in de ring zijn ontleend aan de volgende studies, uitgevoerd in het kader van het Predictieplan van K100 voor de Heinenoordtunnel: -Eindrapportage Cluster 12 "Invloed groutlaag op tunnelgedrag" Predictiepogramma Proefproject boortunnels CUR/COB commissie K100. (De Weger-Grontmij en Tauw Civiel en Bouw); -Conceptrapportage Cluster 15 "Tangentiele interactie tussen segmenten", P.S. Jovanovic, Projectbureau Boortunnels, d.d. 31 oktober 1995; -"Ringdeformaties in relatie tot tweede orde effecten", Praktijkonderzoek Boortunnels K100, Cluster 11 (Witteveen en Bos, raadgevende ingenieurs); -Opgave van te verwachten drukken op de tunnellining door FUGRO, verstrekt door F. Hoefsloot; -Tussenresultaten van 3-dimensionale eindige elementenberekeningen aan de tunnellining, door TNO-Bouw uitgevoerd in het kader van Cluster 7, vertrekt door M. Visschedijk. 9
-N. Vollema, 'Ringwerking in geboorde tunnels', TNO rapport 96-NM-R345, TNO Bouw, Rijswijk, januari 1996 e)informatie over de locatie en inrichting van het proefveld voor de palenproef het ontwerpbureau Noordzuidlijn te Amsterdam, zie bijlage 6. 4.2 Randvoorwaarden De belangrijkste randvoorwaarden voor de instrumentatie in algemene zin zijn gegeven in het meet- en instrumentatieplan K100 en volgen uit het feit dat de instrumentatie bruikbaar moet zijn om, binnen de scope van de opdracht, de belastingen op en de krachtswerking van de tunnel te meten en de vervormingen over de voegen van de ring, voor zover relevant voor de onderzoeksdoelen. Een schets van de mogelijke plaatsing van rekopnemers in de segmenten en drukdozen aan de buitenzijde van de segmenten is reeds in het instrumentatie en meetplan gegeven. Kort samengevat zijn de bepalende overwegingen: -de instrumentatie moet aan de tunnelsegmenten worden bevestigd of daarin worden ondergebracht om de interne krachtswerking van de ring te kunnen meten, zowel axiaal als tangentieel, en om de externe belastingen op de ring te kunnen meten. - de metingen moeten kunnen aanvangen direct nadat de ring is geplaatst; -de wachttijd van het boorproces na het plaatsen van de ring in verband met het operationeel krijgen van het meetsysteem dient minimaal te zijn. Rekening dient te worden gehouden met een installatietijd van ten hoogste 5 uur. - de metingen moeten over een lange periode kunnen worden voortgezet - de instrumenten moeten kunnen worden gekalibreerd. Daarnaast gelden bij het uitwerken van de instrumentatie randvoorwaarden die betrekking hebben op het voorkomen van een negatieve beïnvloeding van de sterkte van de tunnelsegmenten, van andere functionele overwegingen (zoals waterdichtheid) en van de duurzaamheid van de segmenten. Wat betreft de plaats van de geïnstrumenteerde meetringen in de tunnel bestaat er in verband met de koppeling aan de geotechnische metingen een voorkeur voor: -een ring onder het meetgebied Noord -een ring onder de Noordelijke oever, ter plaatse van de palenproef -een ring onder het meetgebied Zuid Deze lokaties zijn in dit rapport nader aangegeven op basis van de meetinstrumenten in de meetgebieden. 10
4.3 Uitgangspunten In verband met de hier gestelde randvoorwaarden zijn een aantal functionele uitgangspunten geformuleerd, die tot doel hebben binnen de gestelde randvoorwaarden te komen tot een functioneel meetsysteem. -alle benodigde instrumenten moeten vooraf worden aangebracht in de tunnelsegmenten. Dit is noodzakelijk vanwege de gewenste geringe stilstandtijd na het plaatsen van de geïnstrumenteerde ring; - het onderbrengen van de instrumenten in de segmenten moet zo gebeuren dat:. constructieve sterkte niet wordt aangetast;. duurzaamheid niet negatief wordt beïnvloed;. waterdichtheid van de segmenten niet negatief wordt beïnvloed;.de segmenten die van meetinstrumenten zijn voorzien min of meer normaal in het produktieen logistieke proces kunnen worden opgenomen; -het data-acquisitie-systeem moet voor het plaatsen van de ring zodanig zijn voorbereid dat de instrumenten alleen nog maar behoeven te worden aangesloten. -alle benodigde verbindingen (kabels) tussen instrumenten en data-acquisitie moeten volledig zijn voorbereid en getest, zodat na het plaatsen van de meetring nog uitsluitend verbindingen behoeven te worden gelegd. -de verbindingen mogen een normale voortgang van het boorproces na het plaatsen van de ring zo min mogelijk beïnvloeden. 11
HOOFDSTUK 5 INSTRUMENTEN VOOR BEPALING VAN BELASTING EN KRACHTSWERKING 5.1 Moment en normaalkracht in de ring Op basis van diverse predictie-onderzoeken en literatuurstudies mag voor het buigend moment een verloop worden verwacht, dat schematisch kan worden aangegeven met figuur 5.1. Het verwachte verloop van de normaalkracht is kwalitatief en schematisch in figuur 5.2 aangegeven. Met name het verloop van het buigend moment over een doorsnede is zeer afhankelijk van de momentcapaciteit van de langsvoegen en van de ringvoegen, en van de dwarskrachtcapaciteit van de ringvoeg. Onderzoek met de eindige elementenmethode door Vollema [8] geeft aan dat het verloop van het buigend moment over de omtrek een veel onregelmatiger beeld kan vertonen. Figuur 5.3 geeft dit weer. Hierbij zij opgemerkt dat het hier een aanname van scharnierende langsvoegen betreft. De werkzaamheden voor predictiecluster 7 dienen meer duidelijkheid te verschaffen over het verloop van buigende momenten in de tunnelsegmenten, maar deze werkzaamheden zijn op dit moment nog niet zijn voltooid. Verder is bij het onderzoek voor predictiecluster 10 naar voren gekomen dat de Kaubit drukverdeelplaten die in de ringvoeg worden toegepast een belangrijke invloed kunnen hebben op de axiale krachtsinleiding in de segmenten en mogelijk ook op de dwarskrachtcapaciteit van de ringvoeg. Aangezien buigend moment en normaalkracht in de ringrichting met een paar rekopnemers kan worden vastgesteld, en het buigend moment de grootste afgeleiden in de ringrichting heeft, volgt dat het buigend moment het minimum aantal in te zetten meetopnemers in tangentiele richting zal bepalen. Omwille van een zo eenvoudig mogelijke opzet van de metingen verdient het verder aanbeveling de tunnelsegmenten op een zoveel mogelijk reproduceerbare wijze van meetinstrumenten te voorzien. Dat betekent dat het aantal meetinstrumenten verdeeld over de omtrek een veelvoud zal zijn van het aantal (grote) segmenten in de ring. Dit aantal bedraagt volgens ontwerp-informatie van TCH 7. In de top van de ring is een kleine sluitsteen aangebracht. Het verdient aanbeveling, gelet op de afmetingen van de sluitsteen, deze niet van instrumentatie te voorzien. Op basis van een evaluatie van in Duitsland uitgevoerde in-situ metingen geeft Pätzold [4] als indicatie voor het aantal meetpunten over de omtrek van de ring 1.4 à 1.7 maal de tunneldiameter in meter. Bij de Tweede Heinenoordtunnel komt dit neer op 11 à 14 meetposities verdeeld over de omtrek, dus ten minste twee meetposities per tunnelsegment. Ook in het instrumentatie- en meetplan K100 is uitgegaan van twee meetposities per tunnelsegment. Dit aantal lijkt evenwel te beperkt om de mogelijke variaties van het buigend moment in de ring over het tunnelsegment in kaart te kunnen brengen. Dit wordt vooral ingegeven door de resultaten van Vollema [9] en van predictiecluster 10 [11]. Uit deze referenties komt naar voren dat de spanningsverdeling in de tunnelsegmenten sterk ongelijkmatig kan zijn door het 'metselwerk-verband' waarin de segmenten zijn opgenomen en door de vijzelkrachten. Om die reden is een andere verdeling van de opnemers in de richting van de ring bepaald, waarbij gestreefd is naar een groter aantal elementen in de ring en een betere verdeling in de richting van de ring. 12
Figuur 5.1: Schematische weergave buigend moment in de tunneldoorsnede Figuur 5.2: Schematisch verloop normaalkracht in de tunneldoorsnede 13
Figuur 5.3:Buigend moment in de tunneldoorsnede bij aanname van scharnieren op de langsvoegen [8] 14
De buigende momenten moeten worden gemeten in paren van steeds 2 opnemers. Wat betreft het aantal (paren van) opnemers in de ring bestaat een voorkeur voor 3 of 4 verdeeld over het segment in plaats van 2, zoals voorgesteld in het Instrumentatie- en meetplan. Hierdoor kan een beter inzicht worden verkregen in het verloop van de tangentiele buigende momenten per segment. Uit oogpunt van symmetrie ten opzichte van de randen van het segment wordt aanbevolen het buigend moment in ieder geval in het midden van het segment te meten. De andere lokaties worden gekozen symmetrisch ten opzichte van het midden. Afhankelijk van het door de langsvoeg opneembare buigend moment zal de verdeling van het buigend moment in het tunnelsegment meer of minder gelijkmatig zijn. Omdat het op dit moment niet verstandig lijkt te dicht bij de langsvoeg te meten, is er voorlopig voor gekozen twee andere paren van rekopnemers op 1/4 en op 3/4 van het segment te plaatsen. Aangezien de exacte positie van deze opnemers in deze specificatie geen kritisch punt is (kleine verschuivingen passend in het wapeningsnet zijn in beginsel mogelijk) wordt voorgesteld de uiteindelijke locatie nog te toetsen aan de resultaten van predictiecluster 7. Er is verder uitgegaan van totaal aantal van 3 paren rekopnemers in de ringrichting voor het meten van de buigende momenten in tangentiele richting. 5.2 Axiale krachten Uit de predictiestudie van Cluster 10 [11] is gebleken dat de axiale krachtoverdracht tussen de elementen van de tunnel sterk afhankelijk is van de detaillering van de elementen en met name van het al dan niet toepassen van last-centrerende inlagen in de voeg, zoals Kaubit. Als wordt afgezien van de lastspreiding over de dikte van een tunnelsegment, dan blijkt dat bij het gebruik van lastcentrerende lagen (Kaubit) een 2 dimensionaal spanningsbeeld in het tunnelsegment ontstaat. De plaatsing van meetopnemers over de omtrek van een segment moet daarop worden afgestemd. In principe verdient het de voorkeur de meetposities te kiezen ter plaatse van de lastcentrerende voorzieningen. Dit biedt in zoverre de zekerheid dat de opnemers zich bevinden in gebieden waar de spanningsgradienten relatief gering zijn. Over de relatie tussen spanning en contactkracht biedt dit evenwel geen zekerheid. Uit het voorgaande wordt geconcludeerd dat het sterk de voorkeur verdient axiale krachten in het tunnelsegment te meten in het symmetrievlak van het segment, gezien in axiale richting. Als de belastingscondities op beide ringvoegen identiek zijn zal hier een min of meer gelijkmatige axiale spanningverdeling optreden. Omdat er volgens [11] vier lokaties per segment zijn waar de vijzelkrachten worden uitgeoefend, moeten de meetposities bij voorkeur ook symmetrisch ten opzichte van deze punten zijn gelegen. Dit leidt tot twee meetlocaties op 1/4 en op 3/4 van de omtrek van het segment. Op deze plaatsen zijn evenwel de axiale rekken zeer laag (zie figuur 5.4), zodat een verschuiving van de opnemers naar een positie op ca. 1/8 en 5/8 raadzaam is. De rekken zullen in zowel de bovenzijde als in de onderzijde van het segment worden gemeten. Dit biedt inzicht in de mate waarin de rekken ongelijkmatig zijn over de hoogte. Samengevat wordt een totaal aantal van 4 opnemers in axiale richting wordt voorgesteld. De opnemers worden geplaatst in twee paren, op ongeveer 1/8 en 5/8 van de omtrek van het segment. Voor een beeld van de wijze waarop de rekopnemers en gronddrukopnemers in een segment 15
kunnen worden opgenomen, zie tekening TUN-07 in bijlage 2. 5.3 Kwantificering momenten en normaalkrachten in de ring Tweede Heinenoordtunnel - Cluster 12 Meetveld Noord: dubbel ringmodel met slip dubbel ringmodel no-slip Plaxis met slip: Plaxis no-slip: Meetveld Zuid: dubbel ringmodel met slip dubbel ringmodel no-slip Plaxis met slip: Plaxis no-slip: M = 119 knm/m, N = 994 kn/m M = 111 knm/m, N = 1002 kn/m M = 140 knm/m, N = 912 kn/m M = 131 knm/m, N = 1002 kn/m M = 103 knm/m, N = 912 kn/m geen resultaten geen resultaten M = 126 knm/m, N = 939 kn/m Tweede Heinenoordtunnel, Cluster 15: Er is gebruik gemaakt van de resultaten bij K o = 0.45 en E = 40 GPa Meetveld Noord en Meetveld Zuid: model 1 enkele ring: M = 99 knm/m, N = 920 kn/m model 2 dubbele ring: M = 120 knm/m, N = 961 kn/m model 3.1 enkele ring: M = 68 knm/m, N = 999 kn/m model 3.2 dubbele ring: M = 144 knm/m, N = 1132 kn/m model 4.1 enkele ring: M = 92 knm/m, N = 987 kn/m model 4.2 dubbele ring: M = 111 knm/m, N = 1037 kn/m model 5.1 enkele ring M = 48 knm/m, N = 637 kn/m model 5.2 dubbele ring M = 93 knm/m, N = 931 kn/m Oever Noord: model 1 enkele ring: M = 155 knm/m, N = 1200 kn/m model 2 dubbele ring: M = 160 knm/m, N = 1200 kn/m model 3.1 enkele ring: M = 92 knm/m, N = 1280 kn/m model 3.2 dubbele ring: M = 253 knm/m, N = 1583 kn/m model 4.1 enkele ring: M = 139 knm/m, N = 1258 kn/m model 4.2 dubbele ring: M = 165 kn/m, N = 1358 kn/m model 5.1 enkele ring M = 57 knm/m, N = 746 kn/m model 5.2 dubbele ring M = 124 knm/m, N = 1218 kn/m Bij het kwantificeren van de buigende momenten in de ring moet worden bedacht dat door het halfsteensverband van de lining het buigend moment bij de langsvoegen wordt gereduceerd en dat een deel van het buigend moment via de ringvoegen wordt overgedragen. De mate waarin dit gebeurt is sterk afhankelijk van de stijfheid van de ringvoeg in relatie tot de stijfheid van de 16
langsvoeg. Te verwachten valt dan ook dat de verdeling van de buigspanningen over de breedte van een tunnelsegment ongelijkmatig kan zijn. Dit wordt bevestigd door de studie van Vollema [8]. Nader inzicht kan worden verkregen met de resultaten van predictie-cluster 7. Die zijn op dit moment nog niet voorhanden. In het licht van deze omstandigheid verdient het de voorkeur rekopnemers zoveel mogelijk op de symmetrielijn van een tunnelsegment te plaatsen, aangezien verwacht mag worden dat de gradienten van het buigend moment in langsrichting van de tunnel hier zo klein mogelijk zullen zijn. 5.4 Kwantificering axiale krachten Uit het predictie-onderzoek van Cluster 10 [11] is vermeld dat de boormachine 28 vijzels met een maximale kracht van 1.8 MN elk bevat. De maximale axiale kracht op de tunnellining bedraagt derhalve 50.4 MN. Bij maximale vijzeldrukken en een gelijkmatig verdeelde vijzelkracht over de omtrek is de maximale axiale drukspanning dus 5.72 MPa. De maximale axiale spanning treedt volgens [11] op bij een vijzelbelasting van 36 MN en een moment van 50.2 MNm en bedraagt 6.9 MPa. De hier berekende spanningen zijn gelijkmatig verdeeld verondersteld over de dikte van het tunnelsegment en over de lengte van het segment. Aangezien de overdracht waarschijnlijk in eerste instantie via de Kaubitplaatjes zal verlopen, moet vooral bij de ringvoegvlakken van het segment een ongelijkmatige verdeling van de rekken over de omtrek worden verwacht. Deze ongelijkmatige verdeling in omtreksrichting gaat samen met een tweedimensionale rekkenpatroon over de omtrek van het tunnelsegment. Dit patroon kan ook van invloed zijn op de rekken in de richting van de ring, die moeten worden gemeten voor het kwantificeren van de buigende momenten in de ring. Ten behoeve van [11] zijn axiale spanningen in de segmenten berekend ten gevolg van geconcentreerde vijzelbelastingen. Hieruit blijkt dat door het gehele segment een sterk ongelijkmatige axiale spanningsverdeling ontstaat. Afhankelijk van de plaats waar de opnemers worden gekozen, varieert de spanning bij een axiale kracht op de lining van 50.4 MN tussen ca. 2 MPa en ruim 8 MPa, zie figuur 5.4. De spanning is dus sterk afhankelijk van het gekozen punt, hetgeen het gericht vaststellen van de relatie tussen de kracht op de lastinleidingspunten en de spanning vooraf noodzakelijk maakt. Door het gebruik van Kaubitplaatjes zal ook aan de andere zijde van het belaste tunnelsegment een geconcentreerde belasting ondervinden. Dit geldt ook voor segmenten in de ringen de niet rechtstreeks door de vijzelkrachten worden belast. Onduidelijk is vooralsnog tot welke belastingsniveaus de Kaubitplaatjes hun werking behouden en in welke mate het Kaubit een kruipgedrag vertoont. Afhankelijk van de gegevens van de fabrikant kan nog worden besloten tot het uitvoeren van nader onderzoek naar het gedrag van de Kaubitplaatjes. Kaubitplaatjes komen alleen voor in de ringvoegen van de tunnel. 17