Boren van Double-O-Tube tunnels Een constructieve analyse van de lining

1. Boren van Double-O-Tube tunnelsEen constructieve analyse van de lining Erik Alink 7 december 2007

2. Opbouw presentatie • Inleiding DOT tunnels • Opzet onderzoek • Vijzelkrachten • Ringgedrag bij grondbelasting • Opdrijfmechanisme in grout • Maatgevend mechanisme • Gevoeligheid voor variatie in grondparameters • Conclusies

3. Double-O-Tube tunnels Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Afkomstig uit Japan (sinds 1988) • Ontwikkeld door Daiho, Obayashi en Taisei Corporation • Recent ook in China en binnenkort in Taiwan

4. TBM / Methode Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Multi-Face (MF) schild DOT schild

5. Voor- en nadelen van DOT tunnels Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Voordelen: • Compact, weinig ruimtebeslag • Minder brede zettingstrog • Minder brede schachten en bouwputten • Geen extra handelingen nodig voor aanleg verbindingen tussen buizen Nadelen: • Relatief duur • Geen ervaring (buiten Azië) • Bouwproces en logistiek complexer dan bij ronde tunnels

6. Opzet onderzoek Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Werkwijze: De benodigde dikte van de lining (d) is bepaald bij de volgende belastinggevallen : • Vijzelkrachten • Ringgedrag bij grondbelasting • Opdrijfmechanisme in grout Hierbij is de aanlegdiepte H gevarieerd. Alle berekeningen zijn voor zowel ronde als DOT tunnels uitgevoerd.

7. Bepaling vijzelkrachten Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Evenwichtsmodel van De Rijke Vijzelkrachten bestaan uit bijdrage uit: • Resulterende horizontale kracht op de TBM • Resulterend moment op de TBM

8. Bepaling vijzelkrachten Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Berekenen lijnlast qvijzel • Bepaling geometrie van de lining en vijzelconfiguratie • Integreren qvijzel voor elke vijzelkracht

9. Benodigde dikte van de lining Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Benodige dikte is voor een DOT tunnel Ongeveer 10 tot 15% groter dan voor een ronde tunnel

10. Ringgedrag bij grondbelasting Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Grond geschematiseerd als lineaire veren Met: = stijfheid van de radiale grondveer = oppervlak dat de veer representeert = oedometer stijfheid van de grond = externe straal van de tunnel = modelfactor, afhankelijk van de optredende vervorming • Grond geschematiseerd als lineaire veren • Toepassing van 2,5D staafwerkmodellering • Initiële grondspanningen als belasting • Gebruik van constructieve computerprogramma’s ANSYS en LDesign • Twee (halve) ringen • Staven • Rotatieveren (langsvoegen) • Lineaire koppelveren (ringvoeg)

11. Bepaling benodigde dikte bij grondbelasting Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Berekenen maximaal optredend moment M • Berekenen momentcapaciteit Mu • Berekenen veiligheidsfactor y = Mu /M DOT Rond

12. Benodigde dikte van de lining Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Bij diktes kleiner dan 400 mm, neemt de stijfheid van de lining dermate af, dat de belasting op de tunnel afneemt.

13. Opdrijfmechanisme in grout Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Theorie voor ronde tunnels (Blom) • Reactiedruk uit grout op DOT tunnel • Grondwaterspanning als belasting • Gebruik van ANSYS en LDesign

14. Bepaling benodigde dikte bij grondbelasting Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Berekenen maximaal optredend moment M • Berekenen momentcapaciteit Mu • Berekenen veiligheidsfactor y = Mu /M DOT Rond

15. Benodigde dikte van de lining Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies De waarden van de dikte van lining zijn voor de ronde tunnel tot 30% groter dan voor een DOT tunnel

16. Maatgevend mechanisme Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Voor de DOT tunnel

17. Maatgevend mechanisme Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Voor de ronde tunnel:

18. Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Onderzocht: • Verschillend gedrag bij belasten en ontlasten • Invloed van verschillende grondlagen • Stijfheidsverhouding ondergrond – lining

19. Stijfheidsverhouding tussen ondergrond en lining Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Ontwerpdiagrammen van Duddeck-Schulze:

20. Stijfheidsverhouding tussen ondergrond en lining Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies DOT tunnel is minder gevoelig voor variatie van de stijfheidsverhouding tussen grond en lining dan een ronde tunnel

21. Kosten Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies

22. Conclusies (1) Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • De vijzelkrachten op de lining van een DOT tunnel zijn ongeveer 15% groter dan bij een ronde tunnel in gelijke situatie • De ringwerking van een DOT tunnel onder grondbelasting is, net als bij een ronde tunnel, in grote mate afhankelijk van de stijfheid van de grond en de lining. • Bij een DOT tunnel onder grondbelasting treedt het maximale moment op in de bovenste sluitsteen. Dit moment is 10 tot 15% groter dan bij een ronde tunnel. De momenten in de rest van de doorsnede zijn echter kleiner dan in een ronde tunnel. • Een DOT tunnel is minder gevoelig voor opdrijven in grout, vergeleken met ronde tunnels. De momenten zijn tot 30% kleiner

23. Conclusies (2) Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies • Maatgevende belastingsituatie is afhankelijk van de aanlegdiepte • Vuistregel d = 1/20 D is ook geldig voor DOT tunnels

24. Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies Double-O-Tube tunnels: Het overwegen waard!

25. Inbouwen van segmenten Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen • Geometrie van segmenten • Inbouwvolgorde • Complexe logistiek

26. Drukspanning onder vijzelplaat Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen Drukspanning onder vijzelplaat: Maximaal toelaatbare betondrukspanning volgens NEN 6720:

27. Momentverloop bij grondbelasting Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen DOT rond Monoliet Met langs- voegen

28. Toepassing belaste en ontlaste grondveren Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen Vervormingen bij toepassing belaste en ontlaste veren Grond gedraagt zich stijver tijdens ontlasten dan tijdens belasten Vervormingen bij gelijke veerstijfheden

29. Toepassing belaste en ontlaste grondveren Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen Gevolgen voor momenten in de lining:

30. Tunnel in verschillende grondlagen Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen Gevolgen voor momenten in de lining:

31. Stijfheidsverhouding tussen ondergrond en lining

32. Double-O-Tube tunnels Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen • Afkomstig uit Japan (sinds 1988) • Ontwikkeld door Daiho, Obayashi en Taisei Corporation • Recent ook in China en binnenkort in Taiwan

33. Aanbevelingen Inleiding DOT tunnels Opzet onderzoek Vijzelkrachten Ringgedrag bij grondbelasting Opdrijfmechanisme in grout Maatgevend mechanisme Gevoeligheid voor variatie van grondparameters Conclusies en aanbevelingen • Onderzoeken van stabiliteit van grondwig boven DOT tunnel • De invloed van stuurcorrecties op de vijzelkrachten onderzoeken • De resultaten uit dit onderzoek vergelijken met praktijkgegevens • Stijfheid en vervormingcapaciteit van Y-vormige sluitsegmenten onderzoeken