Ministerie
van Verkeer en WatOOlt3~t
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat eouwdienst
Rijkswatllflrtl!llt
Droge Infrastructuur Afdeling Tunnelbouw
Keuze Tunnel-Boor-Machine 2e- Heinenoordtunnel
(TBM)
Bouwdienst Rijkswaterstaat Afdeling Tunnelbouw
datum documentnr . opsteller bron
: : : :
3 februari 1995 LVTH-D-94005 ir Arjan van der Put Tunnel Combinatie Heinenoord bestaande uit: Ballast Nedam Beton en Waterbouw bv, Hollandsche Beton en Waterbouw bv, Van Harturn en Blankevoort bv, Wayss & Freytag ag.
status
: definitief
MI"'-ie
van Verkeer en Waterstaat
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswet""sta&t Droge Infrastructuur Afdeling Tunnelbouw
Keuze Tunnel-Boor-Machine 2e- Heinenoordtunnel
(TBM)
Bouwdienst Rijkswaterstaat Afdeling Tunnelbouw
datum documentnr . opsteller bron status
: : : :
3 februari 1995 LVTH-O-94005 ir Arj an van der Put Tunnel Combinatie Heinenoord bestaande uit: Ballast Nedam Beton en Waterbouw bv, Hollandsche Beton en Waterbouw bv, Van Hattum en Blankevoort bv, Wayss & Freytag ag, : definitief
Voorwoord
Hierbij wil ik iedereen bedanken die heeft meegeholpen aan de totstandkoming van dit document. In het bijzonder wil ik alle leden van de tunnelboormachine-werkgroep bedanken voor de prettige samenwerkingen goede sfeer in de afgelopen periode.
KeuzetunneJ6öormachine 2e-Heinenoordtunnel
blzJ
Inhoudsopgave
1
Inleiding
. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Keuze T:BM-type 2e"Heinenoordtunnel
3
2.1
Inleidmg
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
3
2.2
Beschrijving grondopbouw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
3
2.3
Overzicht mogelijke TBM~typen .....
5
2.4
Toepassingscriteria
2.5
Keuze TBM~type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
17
2.5.1
Algemeen
17
2.5.2
Criteria.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
17
2.53
Grove selectie TBM-type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
18
2.5.4
Definitiêve keuze TBM ..type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
21
2.5.4.1
Algemeen
21
2.5.'4.2
EPB-schild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
21
2.5.4.3
Slurry-schild op Duitse wijze (Hydro-schild)
25
2.5.4.4
Conclusie
27
3
Bepaling programma van eisen TBM
28
3.1
Algemeen
28
3.2
Beschrijving T:BM-ontwerp
28
3.2.1
Uitgangspunten TBM-ontwerp
28
3.2.2
Technische beschrijving TBM:"ontwerp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
31
3.2.2.1
Algemeen
31
3.2.2.2
Schild.
31
3.2.2.3
Ontgravingsmechaniek
3.2.2.4
Aandrijvingshydrauliek
3.2.2.5
Erector
3.2.2.6
Stuurcabine
3.2.2.7
Grondafvoer
..
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
verschillende T:BM-typen
12
..
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
33 33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
§.··m;ruarl··.199S
34
6bdii·
3.2.2.8
Staartdichting
3.2.2.9
Trailers , , . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
37
3.2.3
Maatregelentbv
38
3.2.4
QndersteUliende TBM~voorzieningen
38
3.3
Beschrijving scheidingsinstallatie
41
3.3.1
Algemeen
41
3.3.2
Eisenen keuze
41
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
., . . . . . . "
, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
3.3.3
41
3.3.4
Uitgangspunten
4
Selectieprocedure
4.1
Aanbiedingen TBM~leveranciers
4.2
Technische beoordeling TBM-aanbiedingen
.
4.3
Financiële beoordeling TBM-aanbiedingen
.
4.4
Definitieve keuze TBM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
ontwerp van de scheidingsinstallatie..
.
TBM~leveranciers 2e-Heinenoordtunnel ..
.
. . .
45
Bijlagen
Bijlage 1
Overzicht materieelverschillen
Bijlage 2
Standaard metingen tbv het boorproces
.
46
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
tussen EPB- en Hydo-schild
6Iz.iv·
1
Inleiding
Ten behoeve van de oplossing van deeong~tieproblematiekter plaatse .van de Heinenoordtunnel wordt de bestaande HeinenoordtunneFgrrenoveerd .••Deze renovatie bestaat uit: het uitbreiden van de snelverkeerstroken van twee naar drie rijstroken door de bestaande langzaamverkeerstroken aan te passen; de aanleg vaneen langzaamverkeerstu~l voor landbouw- , fiets- en voetgangersverkeer. Met de renovatie van de westelijke tunnelbuis werd in 1994 begonnen. Het langzaamverkeer kan thans alleen gebruik maken van de westelijke tunnelbuis waar in verband met het Midige tweerichtingsverkeer een verkeersreguleringssysteem noodzakelijk is. Het ontwerp van de 2e-Heine'l10ordtunnelvoor het langzaam verkeer behelst een geboorde tunnel inclusief toeritten, <moerde Oude Maas bij Heinenoord in de gemeenten Barendrecht en Binnenmaas. Het ontwerp •.wordt gemaakt in projectteamverband .do9f de Bouwdienst R.••.. l.·.jkswat. erstaat en...d.e Tunn.••.•..•.•.. e••..•.••.. l..•... combinatie. H.••. einenoord..•....••.•....•.•....•...•. (verd e.•.... r.••••.•. T...•.... c·.•H......•..•..••...•.••.........•..•••.••.•..•.•...•. •... g......•....•...•. e..•.••.. n•....•...••. ·.· •. oe.· .•.••.•.•.....•.•..... md ..\ in deze rapportage).. •... • ..• .... •.••.•• > ••. . In 1990 is in op~rachtvatld~Bouwdienst. Rijkswaterstaat reedseenstll~ieuitgevoerd door Ballast NedamJJeton.en"'at~rbouw en Wayss & Freytag vooruitvoerÎ11gvande 2e-Heinen()ordtunnel als boort\imlrL Het project kwam echter niet inuitv<>ering'Vanwegefinanciële redenen.. In 1993 hee~d7()"erheid dit project aangewezen alspráktijkproject. in het kader van de uitbreiding va119tigridergrondse infrastructuurke1lllisenz;ijn .er •financiële middelen vrijgemaakt. Het doei van deze rapptlnageis het vastleggen van de verworven kennis die is opgedaan bij de keuze van de tumtelbaÓrmachine (in het vervolg deze rapportage kortweg TBM genoemd) van de 2e-HeinenoordtunneL Het voorliggende rapport"Keuze TunnelBoorMacrnne ze"Heinenoordtunnel" beschrijft de aspecten mbt de keuze van de TBM van het boortunnelproject.2e-Heinenoordtunnel en geeft een samenvatting. van het TBM-proces van juni tlm december. 1994. In deze •periode is een keuze van het TBM"rypegemaakt, het programma van eisen 'Voor de TBM opgesteld, de TBM-aanvraag verzOnden en heeft een TBM-leverancier selectieprocedure plaatsgevonden. Voor dekeuzevan<1~tulUlelboormaehine is een TBM-werkgroep samengesteld. Deze werkgroep bestaat naast TCH~ledenook uit Bouwdienstmedewerkers vanwege het projectteamen praktijkkarakter .vanb~tproject. De Bouwdie'llStheeft met betrekking tot de keuze van de TBM slechts een observerende rol vervuld. De TBM-werkgroepbestaat uit de volgende leden: Claus Becker ('!'CH, Wayss & Freytag) Kees Fransen (TCH. Hollandsche Beton- en Waterbouw) Bruno Gärtner (TeH. Wayss & Freytag) Erdogan Gürkan (l'CH.Wayss & Freytag) Wim van de Linde (BQllwdienstRijkswaterstaat) Bas Obladen ..(weB, l\allast Nedam Betonen Waterbouw) Arjan van der Put (Bou,wdienstRijkswaterstaat) Marinus Quaak($CH. van Battum en Blankevoort) Ed de Ruig ('I'~.van Uattum en Blanktvoort) Gen van Ruit ~o\lwdienst Rijkswaterstaat) Harry van Splunder ('feH. van Hattum en Blankevoort) Joost Vlasblom (~9uwdienst Rijkswaterstaat) Sytse van Vliet (Tea, Ballast Nedam Bet0llen Wat~bouw) In deze rapportage zijn grote delen mbt de keuze TBM~tYPe(ho9fdstu.k 3) en bepaling programma van eisen TBM(hoofdstuk 4) overgenomen en vertaald uit •stukken van TCH. Bveneens .zijn .delen uithetrapp~rt"Tecbnische&. Financiële .Bvaluatie Offertes ..Tunnelboormachines " van de TBM-werkgroepin deze rapportage verwerkt. Keuze tunnelhoormac6ine 2e-HeinenoordmMei
3 februari 1995
blz.1
Figuur
2.1
Keuze tunnelooormachine 2e"'Heil1enootdtunnel
2
Keuze TBM-type 2e-H~menoordtmmel
2.1 Het boortracé en de eisen die aan de TBM Om de keuze van hèt algemene ontwerp van De algemene gegevens alignement van. de Ooortunnel tussen een eventuèle tweede de 2e-Heinenoordtunnel zijn in 2.2
van het gemaakt. het de afstand boordeel van
Beschrijving
De••bodemopbouw is voor de ·2e-Heinenoordtunnel kan geotechnisch profielbiervan Van zuid naar noord worden snede van bet Zuidoever: klei/zwak met dunne klei- en klei, laagje veen, zand/middel grof tot Oude Maas: hoofdzakelijk dunne zandlaagjes ; hoofdzakelijk zand/middel dunne zandlaagjes , hoofdzakelijk zand/middel grof/vaak grindig. Noordoever: hoofdzakelijk zand/middel hoofdzakelijk dig; veen, kleifhumeus tot sterk zandlaagjes. Het grondonderzoek vertoont noemenswaardige grcK)tte In. de doorlatende standhoogte in de
Keuze tunnelboormachine
2e-HeinenoordtÜnnel
ter plaatse van 2.2 is een in de boordoorzand/kleiig, zand plaatselijk
zandig en of met en of met tot
dunne
van de water-
bli.3
Figuur 2.2
Geotec:;nI1:Î.Sdh prdfielbQ6rtraeê
KeuzetiUiiîê1~!ê+9.~t..
2;e-B~inenoordtunnel
.3ra;~JWS
61i.4
2.3
Overzicht mogelijke TBM~typen
In deze paragraaf worden de TBM-typen, die in zand en kleibodem toepasbaar zijn, opgesomd en geanalyseerd. TBM ...typen· die· niet .inzetbaar •zijn· in· degrondopbouw van de 2~Heinenoordtunnel. worden hier niet genoemd. Evenzo wordt de oplossing .,graaffrontondersteuning door luchtdruk voor het gehele boortracé "als niet meer overeenkomend met de stand van de techniek gezien. Door het uitwisselen van onderdelen kan er veel variëteit van de beschreven TBM-typen ontstaan. De TBM's kunnen worden 0n.dervf:rdeeld in de volgende typen: 1
Mechanischeonger$teuning extrusie ...schild bühnen-schU9 verbauplatteij ...scll.ild schurfscheiben+sebild
van hetgraaffront:
2
Ondersteuning v~nlletgraa.{fr()nt. d()()Tvloeistof: ontgraving met teÜschllittllllchine .. ontgraving n1etvoUSCIll'litt ("laQánseoouwmethode ") ontgravingmefyollsçhnitt. ("l.)uitsebouwmethode ")
3
Ondersteuning van bet graaffróDt dootmedia met hoge dichtheid: High Density Slurry Shields Slime Shieldl Mud injection Shield Earth Pressure Balsnee Shield (standaard-uitvoering) Barth Pressure Balsnee Shield (meng-kamer-uitvoering) Earth Pressure Balsnee Shield (rnuckring-ulrvoering)
4
Standaard TBM (Mixschild)
De verschillende TBM-typen zijn in de figuren 2.3 t/m 2.5 weergegeven. tlrn 2.6 worden de kerune:rice:n TBM ..typen beschreven.
Keuze tunne!boormachine ïe-Heinenoordmnnel
3 februari 1995
In de tabellen 2.1
blz.5
Extrusionsschild
Bühnenschild
Figuut" 2.3
Keuze tUllnel6öómmeblne2e"Hetneöoordtünnel
rre6ruari ·1995
61t.o
Tabel 2.1 TBM-typen met mechanische ondersteuning van het graaffront Mechanische ondersteuning van het graaffront BXtru:sie-schîld
Bûhneh"sehlld
Verbauplatten"'schild
Schurfscheiben-schild
graaffrontondersteuning
Vlakke ondersteuning door grondoverdruk in de ontgravingskamer . De opbouw van de steundruk geschiedt bij de voortgang door insnoering van de doorsnede (extrusie).
Onder hoek van natuurlijk talud op eventueel beweegbare tussenplateaus.
Op deelvlakken van het graafrronl door beweegbare·steunplaten .die. door drukcilinders worden aangedrukt.
Gedeeltelijk door de gesloten voorzijde van het ontgravingswiel, dat verend wordt aangedrukt.
waterdichtheid
Door het vormen van een grondprop.
druk.
Door middel van ·lucht-
Door middel van luchtdruk.
Oatgravingsmethode
Niet aanwezig.
Ontgravihgsmateti~l· op deplä.teays<~hoP,. kleine graafmachine etc.).
Bagger- en ontgravingsmaterieel op de vrije doorsnedevlakken.
Snijrad met snijwerktuigen langs de.doorgangsopeningen in hetsnijrad.
afvoer van grond
Als een pasta door een verstelbare diafragma-opening naar een transportband
Door· afvoeririderidtoge en luchtsluis (cellensluis, avegaar).
Door afvoer in den droge en luchtsluis.
Door afvoer in den droge en luchtsluis.
toegang tot de graafkamer
Door eventueel een verbrede extrusie-opening en onder luchtd@k.
Door een luchtsluis.
Door een luchtsluis.
Door een luchtsluis.
opmerkingen
Geen.
Regulering ontgraving binnen of buiten de drukkamer.
ReguJering.·.pntgraving binnetlófbuiten de drukkamer.
Keuze tunnelboormachine 2e-Heinenodtdtllllnel
3 februari 1995
----I)[z.7
Tabel2.2
TBM-typen met ondersteuning van hetgraaffront door vloeistof
graaffrontondersteuning
Ontgtavirtgmet teilschnitt
Ontgravingmetvollschnitt ("Japanse bouwmethode")
Ontgraving met. voHschnitt ("Duitse bo.uwmethode")
Een drukgeregelde vloeistofvulling in degraafkamer.
Een drukgeregelde vloeistofvul· ling in de graafk:amer.
Door een luchtkussen achter de duikwand en een drukgeregelde vloeistofvuIling in de graafka-
door een beweegbare cutterkop . losgesneden en vervolgens.hy.. I een steenbreker draulisch afgevoerd.
verlaagd
opmerkingen
Door een luchtsluis bil steunvloeistofniveau en luchtdruk in de graafkamer. Beschermplaten aan bovenzijde.
D66fêerilüóhtsluis· bij verlaagd steunvloeistofniveau en luchtdruk in de grasfkameï'.
Geen.
Geen.
lteuzetunnël600rinacbine 2e..HeinenOOrdtunrtèI
3 febfuari 1995
de
een beschermde ingang eneen verlaagd steunvloeistofniveau plus luchtdruk in de graafkamer. Het snijrad kan verschuifbaar worden uitgevoerd tov as van de TaM en onder een hoek worden geplaatst tov de as van de TBM.
01i.9
Masseströme: A, B, C, F,S Grenzwerte: A - S ) Slurt:"Y-Shie14 C-o)
~.
A .••• 0 ) E%'d4rucksehild c ••.S )
H19hDeMit:y
I
'-r Slurry Shields
Tabel2.3
TaM-typen
met ondersteuning van het graaf front door media met hoge dichtheid
rsteuning •van het graaf front door media met hoge dichtheid Kenmerken
Slitne Shieldl Mud injeetion Shield
Earth Preesure Balance Shield (standaard-uitvoering)
Earth Pressure Balance Shield (mengkamer-uitvoering)
Earth Pressure BalanceShield (muek. ring .•uitvoering)
. Een drukgeregelde vloeistofondersteuning met een grote (lichtheid (tot die van de grondbrei) in de graafkamer.
Een drukgeregelde, geconditioneerde vulling van de graaf-
Een drukgeregelde grondvulling van de graafkamer.
Een drukgeregelde grondvulling van de graafkamer.
Een drukgeregelde .grondvuUing van de graafkamer.
...DOOr een drukgere. gelde ~l1ing van de
Door een drukgeregelde, geconditioneerde vulling van de graafkamer.
Door een grondv~J"; Hng van de graat'i(a-
High Density Slurry Shield
.graafkamer.
Keuze tl.lnnel6öormac:1iil1e 2e-Heinel1öorotunnel
kamer.
mer.
Een redelijk dicht snijrad met openingen.
Een zeer dicht snijräd met openingen.
Een open snijrad met injectieleidingen en rnengstaven aan de achterzijde van het snij rad.
Via compr~ssie met een avegaa.ç en een transportband.
Via, eventueel 2 achterelkaar opgesteJdeavegaren, en een traQspÓrtband.
Via, eventueel 2 achterelkaar opgestelde avegaren en een transportband.
Door een voorgespannen afsluitklep in de muele-ring en een transportband.
Door eensJui$ .langs derandenluiken in de "snijradtrommel"
Dooreen sluis langs de rand en luiken in de" snijradtrommel"
Door een luchtsluis naar de (deels) geleegde mengkamer onder luchtdruk.
Door een luchtsluis naar de (deels) geleegde mengkamer onder luchtdruk.
Geen.
Injectie tbv bodemconditionering door de snijnaaf.
Bouwmethode van de Canadese TBMleverancier "Lovat"
3 februari 1995
blz.l I
1 Standaard TBM (Mix-schild)
Keuze tunnelbootmachine 2e-Heinenöotdtunnel
3 februari 1995
blz.12
Tabel 2.4
Afweging TBM-typen>met mechanische ondersteuning van het graaffront
Criteria
Extrusie .•schild
Bühnen.•schild
Verbauplatten-schild
Schurfscheiben-schild
toepassingsgebied
homogene, zachte, vervormbare en quasi .water.. ondoorlatende.·grond.
niet eohesieve en ook waterdoorlatende bodem met geringe cohesie. Dekking op tunnel moet luchtdruk toelaten bij werken onder de grondwaterspiegel.
cohesieve; gedeeltelijk standvaste veen- en klei-
van niet cohesieve tot gedeeltelijk standvaste zand/grindbodem, ook watervoerend .
voordelen
zeer eenvoudig zonder ontgravingsmecha" niek; korte levertijd; directe optische con~ trole van de samen;.. stelling van de ontgraven grond;. bij juisteopeningsverhoudingnauwelijks vooruitlopende bo,. dernvërStorillg. ~"7,
•
eenvoudig schild; korte levertijd; ontgravill8swerktuigen vaak. serie-materieel; directe controle van . de•.. samenstemflg .•• v~n de •.• ()nt8raveri••g~()tld.
eenvoudig schild; binnen ruime grenzen aanpasbaar aan de bodemgesteldheid; directe controle van het grlaffront in het open deel van het graaffront.
eenvoudig schild met mechanische verzekering tegen instorten van het graaffront dooreen zeer dicht snijrad; .groot toepassingsgebied.
ongelijkmatige graaffrontondersteunIng hoge aandrijfkrachten tijdens boren. zettingsgevoelig bij onprofessioneel toepassing.
langzaam tgv afgraven op·deelvJakken van het graaffront; veelvuldige onvolledi. ge Ondersteunill8 met als gevolg zettingen.
hoge aandrijfmomentenen .aandrijkrachten met als gevolg verstoring van de natuurlijke bodemspannÎIl8 voor het schild en eventuele zettingen.
•
stelt hoge eisen aan de homogeniteit van de grond;· vereist grote aandrijf. krachten tijdens· boren.
Kèûtetunnelooormiiaiine2e-Heinenootdtw.ntl··
bodem.
~ februari 1995···
Git. n
kosten
voordelen
nadelen
kosten
hydraulische ondersteuning van het graaffront met geringe verstoring van de natuurlijke bodemspanningen; afsnijden··van···hindemissen mogelijk; directeafvoervan de on~graVen. gro"dQo()rdçcutte~kop Van de afvoerleiding; i~pectie ••vän ••• het •.. graaffr.:mt mogelijkWJ,vert.ging Vlinde berltonierspiegeL
de ••geotpetrie ••"an ••het ••graaf.. frontverarlQcn voortdurend; aaölij::tgraafft0ntgeen 1nst9t1"'er~keririgmogelijk tijdens ontgraven (steunplaten); voortgang kleiner dan Vollschnjtt~TBM's. kosten vergelijkbaar met een VoUschnitt-TBM; luchtdrukinstaUatie; hydraulische afvoer en scheidingsinstaUatie.
Keuze tunllelhoormachine ~e-Heirietlöordturil'lel
3 februari 1995
zeer breed toepassingsgebied; geringe verstoring van debodemstructuur aan het graaffront; verzekeringtegenînstorten van graaffrontdoor gesloten snijrad;
de geometriÇv~nht:ltgr~~front blijftonveranQ.erd.
volledige scheiding van ondersteuning en ontgravingsfuncties door de open graafspaken; zeer geringe structuurverstoringya,n de. grond. en daardoor geringe zetting; gelij~atige continue ol1der~teuning \tan het •graaffront door ••luchtkussentoep~illg; beschermde entree achter de dl.HkWandnaar de graafkamer; geri~ ••grAAimoment.
met aan- en stof. ontgravingstechniek met hoofdlagerafdichtingen eventueel mengselbehandeling voor het hydraulisch transport; scheidingsinstallatie; luchtdrukinstallatie.
l>Jz.15
ontgravj~stechniek: ••met hoofdlagerafdichtingen; eventuëelrnengselbëhandeling voor het hydraulisch transport; scheidingsinstallatie; luchtdtuk ••• installatie.
1: Ondersteuning van het graaffront door media met hoge dichtheid Voor de TBM~typen met ondersteuning van het graaffront door media met hoge dichtheid geldt voor ..hetprincipevaneenHighDensitySJ~m'$hi~14 ..el1.het Slîme. Shieldf..Mud injection Shi~ldhetz.el{de.als voor een vloeistof-en voUsffmittschild. .
.
,',
','"
Voor het EarthPreS$IJl·eJ.l~llijlce$hield zijn de crite.ïi~'Voor~ne genoelllde:sPB-uitvoelingen in de onderst~etabér'W~~rg~geven. ..
Voor de klassieke EPB-schilden plastisch vervonnbare bodemsoorten met een geringe wrijving (zandaandeel onder de 20%) . .Door toevoegen van plastificeermiddelen aan het graaffront kan het toepassingsgebied aanmerkelijk worden vergroot. voordelen
onmiddellijk gebruik van de ontgraven grond voor de ondersteuning van het graaffront en afdichting tegen het grondwater; geenhydraulische afvoer; geen scheidingsinstallatie.
nadelen
kwaliteit van de graaffrontondersteuning en de uitkomende grond is afhankelijk van de (onbekende en eventueel sterk wisselende) eigenschappen van de bodem; . . betreden van de graafkamer lastig.
kosten
ontgravingsmechaniek zeer robuust met bOOgbenodigd aandrijfvermogen; avegaar.met regelbare omwentelings..,. snelheid; •. . . gebruik van drukmeters en regelsysteem.
Keuze tunnd600rmacliine 2e-Heinenoordtunnel
3 februari 1995
blz. 16
2.5
Ke~l'BM-type
2.5.1
AJgenaeen
In de voorgaande paragrafen zijn mogelijke TBM-typen en hun kenmerken beschreven. In deze paragraaf wordt een keuze van het TBM~type gemaakt voor toepassing bij de 2eHeinenoordtunnel. Hiervoor worden eerst de criteria beschreven waaraan de ·TBM· moet voidoenvervQIgenswordteengr9ve selectie gçmaakt en tenslotte een definitieve keuze.
2.5.2
Criteria
Voorhetfunctio~renvan. ~n. TBl\fineen.bepaalde grondslag dient. de TBM aan verschillende eiseo.te voldoen.J)e t~pasbaarheidYllIleen TBM~type moet worden onderzocht op: de graaffrontondersteuning; het ontgravingsmechanisme; hetgrOnda;fvoera)'ateem; diversen:..benodigdei;\andrij~c1lt;grondbehandelin6enervaring. Deze aspecten en de daaruit vloeiende eisen worden achtereenvolgens voor de lokatie van de 2e..Heinenoordtunnel.··behandeld. Graaffrontondersteuning De eisen ter beperking van zettingen aan het maaiveld gelden alleen voor het boortracé ter plaatse van de schachten en onder de dijken om schade aan schachten en dijken te voorkomen. Vanwege het feitdatdeschachtenendijkonderdoorgangen slechts een klein deel van het totale boortracé uitmaken..kan in geval vanvoorzie~ .•ontoereikende graaffrontondersteuning door lokaiemaatregeleninstahiUteit worden voorkomen. De gevolgen van een ontoereikende ondet:ste\1ningtijdens· boren komen .voqral tot uiting ..in een sterke verstoring van debode1l1$tructuur.voof.en boven het schild. Te veel ontgraving leidt tot vermindering van de voortgangssnelheid (meer graafwerk, meer materiaal afvoeren en eventueel behandelen) en vermindering van de kwaliteit van de bouw van de lining (de grout die langs de tunnelmantel de oVersnijdingsruimtemgeLOpVUUenkan naar het graaffront lopen waardoor de groutdruk langs de tunnelmantel niet is verzekerd en de segmenten van de tunnelring nietgQed op elkaar k\1nnen\Vorden aapgedruk.t). Het toetreden tot het. graatfrolltonder ..luclltdru.k kan onmogelijk'\\i'()rden .indien door bodembewegingen spleten jnh~gl'()ndmassiefoptl'edellwaardoor de luchhenwaterdooriatendheid van de bodemlagentoentemt. Graaffrontondel'steuningseis:
een~ker~ ..• gJ'~ffr()lltolld~rsteuning met geringe storing van de natuurlijke grondspanningen.
Onrgravingsmecbanisme Het boortracé doorsnijdt over aanzienlijke lengten verschillende grondlagen. Het draaimomentende •benodigde vij~ldruk .•van hetsqijrad. mgete1J..•worden .~~l
Keuze tunnelhoonnaêhine 2e4leinenoordturtn.ei
Eis ontgravingsmechanisme:
mogelijkheid om snel de graafkam.er te ·kunrtëllbetreden en simpel inspectie van het graaffront ende ontgravingswerktuigen te kunnen uitvoeren.
Het .transJ'Ón..van.·.de·•.• óntgtiveri ••• grónd·.·dient····oriafhankelijkvan •de··.graafftontOfidërsteuning • .••. te geschieden. De· zwaartekracht •kan hier gunstig werken indien de afgegraven gronddeeltjes aan de voet.van de tunnel worden verwij~rd. Zanddeeltjes .•leveren voor de gtondafvoer nauwelijks moeilijkheden ··01'.· ··Kleideeltjes daa~ntegenryeb~n d~n~i~ing.ol1d~r bep~al~:v0ciltc~n9ities te ldeven aan de. constructieelem~tetl~at1~rsI1ljra~'l.Jitde~ra}(tjjl{isecrytergebleken. dat dit ."kleeffeootneen" •door specîale· aanpassingen (spuitlanzen; speciale vormgeving snijrad,gedeeltelijkevuUingbij vloeistofondersteuningëtc.) kan worden voorkomen. Uit hetgrondonderzoek.is.Êebl~k;I1dat het.~r0Il<1afv0ersyteetngeensteI1engroter danD. = 100 mm boeftte verwerken.pê$ondarikszij,grotereobsmkelsnietuittesluiten. Grondafvoereisen: -
toetreden van hetgraaffront onder luchtdfukQffievemuelehinder,nissen te verwijderen; transpOrt van de ontgraven grond en de graaffrontondersteuning dienen onafhankelijk van elkaar te geschieden.
DebenO
3a-b
High J)ensity Slurry Shield, SlimeShieldl Mud injection ShieldzijnmiuOftneer geschikt en worden in tabel 7 onder HDS (high4ensity"shield) behandeld.
3c:-e
EarthPressureBlilanceShiéld(staftdaard ..uiwoering), .EmhPte$sureBlilanceshi:td (meng-kaJner'-uitvoering)en Earth Pressure Balance Shield (Illuckring-uitvoeting) zijn min ..of .tneef. geschikten worden in tabel 7 onder EPB (earih"pressure"1)alancesl1il:ld)···beh.ld. In ·tabé12.7 zijnde Overgebleven TBM-typenopdë critetia vetgelekenenovertichtelijk weergegeven
6&.18
Tabel2.1
Vergelijkingstabel
TBM~typen
Criteria
graatTrontolldersteuningrnet .weinig grond vervormingen tijdens: a) boorproces ; b) toetreden van graafkamer.
Scherfschei-
be
Slurry (Japans)
Slurry (Duits)
a) b)
a) goed
a)
b) middelmatig
2
mogelijkheid tot toetreden
goed
3
zeer goed b) mid~ delmatig
High-densi-
EPB~schild
ty~schild
a) goed b) mid~ delmatig
a) onzeker b) mid~
delmatig
zeer goed
4
benodigd draaimoment
gering ~ gering
5
benodigde aandrijfkracht
gering
6
mogelijkheid tot. inbouw
ja
1
afvoerrnechanisme
nat
8
scheidingsinstallatie
ja
9
ervaring van schilden met. D
enkele
Omdat de keuzecriteria zichbeperk~n tot de wezenlijke aspecten, die tot kwaliteitsonderscheld va.ndeverschillendeTBM"rypen leiden, blijft de tabel overzichtelijk. Uit tabel 7 blijla dat de met vloeistof ondersteunde schilden en de EPB-schildenhefrneesfgesehikLzijn voor de situatie van de Heinenoorrltunnel.
Keuze tunnelboormachtne 2e~Hemetl()otdtutu)el
3 februari 1995
blz.1Y
v.tIitMiU •• utWlt
,
l>a'-l'lCd
..
ltdCSl'VC~;' uftd
,,,.,'«).
,
...
,
...
WU •••••
:.,.,
....
'
...
..".
,..UIf'.~M.r·SChUf .oal1hptnsvr.
KnudiacBI" P"""fe.
<:."••
Blill> Reed (M1•• r Oil Molor
Figuur
, ..
Se", •• 1 Di.ellar.i... C.lt
SC"••. •..... "
~~.)'O"
2.6
3 februari 1995
blz. 20
2.5.4
Dermitieve keuze TBM-type
2.5.4.1
Algemeen
InciezeparagraafWQrd~nde nyeeroeest .gescilikte TBM-typen. voor .toepassing. van de situatie bij de 2e"Heirienoordtunnel,· hetvi()eistQfondersteunde ...schild. (Slurry-schild op Duitse wijze ofte~~tHydro-.schild)en ..het·.MPB-schild•.·naderbe1landeld. en met elkaar vergeleken.
2.5.4.2
EPB~cbHd
Algemeen Het· ideale EPB-type is het blindschild waarbij de bodem door de aandrijfkracht van 'het schild..in.d~ gfa.aflqurter wordtg~rukt. ell...d9Qr Qpeningen in de ..drukwand geextrudeerd wordt .&n.vOO-tviaarde v()Qreenstoringy~ije~l1C~iQnering. is ..een gelijkmatig vervorm.bare bodem.·waarvan·.•~e.•natu\lrlijke.•. plasticiteit••• d~..Il1()gelijke.:steundruk bq)aald. Toepassing. van een EPS-schild·· in een .stijvere bodem kan mogelijk wQrden.gemaaktdQor het inbol1~l1.va:D.een.sI1ijra(L.Het ~nijra(j.,,()Jmtmetgeafgegraveng~()nd .een waterdicl1teen drukoveroragende gron<:lpropindegraafkamer door middel vanontgra.vings-, m.eng,-en kneedwerktl1ig~~aan.devoor-enQfllch,terka,m. ya.n het. snij rad . De ..benodigde. smeerstoffen (water, ..bent(uli~t,foams etc.) worden ..g~eeltelijk door. het. snijrad .aan .het graaffront ingespoten. Het is nooqzakeUjkciegraafkaI1leLX()lleciigmet een homogene,p1astischegrond4smeermen.gsel .te ..V\lUen.• De druk in ..de .grlla.fkarner wordt dmv drukdozenaan ...de drukwand vastgestel(tDedmkr~geling gesehiedtdooraanPassing van. de afvoersnelheid van de grond uit gegraaflqurter(kiJ.tQq1assing.vaneen.avegaar aanpassing. van de omwentelingssnelheid van de avegaar). Vanwege de relatieve on.bekendheid van foamtoepassing zijn hieronder enkele gegevens mbt foam wee~eg~v~l1: . .. foamontwikkeling is 10 jaar geleden gestart. De foamsvantegenwoordig wordensteéds ze~achtig~~; de werking van het foam is gebaseerd op het voegen vanhlchtbeUetJes tussen de gr()ndk()rrels.pevoordelenhiervanzijn: >I< de grond wordt smeuïger en daardoor beter tránsporteerbaar: '" de behandelde grond geeft eenbetel"eafdichtingteg~\Vater; * debe~~lde ..grQ11erstwaard()()rer .•geenverklevin.gsverschijnselen optreden; . . automati~ch~'lf\ÛUllgva.nde.nrlmte. tgv ov~rsIrijd.in.g; droog t~llllSP()rtva.I1élfge~~yengr()p.d.d()()rdetunnel; geen.schei(iiIlisil1st~latien()dig indienhetpl~tische ...ontgravingsfi'lateriaal direct·. kan wordengestQrt.
Keuzetunneî6oonnachine2e~Heinenooidtunnel
·3fehmart ·1995
...............
Keuze ·funnelbOOrmaêhine 2e-Reinenooidtunnel
indien er gassen (CH4, H2S, CO) in de grond aanwezig zijn kunnen deze in de Voor een EPB tunnelbuis komen moet voor het ontwerp vervanging een EPB heeft· relatief grote slijtage; duurder is en langer de kans op relatief veel mensen in ongelukken groter is dan
Keuze tunneI600rmachine 2e-Heinenoofdtunnel
Figuur 2.7
KeuzetunnelbOormadûne 2e4te~nOO@fulfueI
3 februari 1995
51:z.24
2.5.4.3
Slurry.,scbild op Duitse wijze (Hydro-schild)
Algemeen Tijdens het boorproces steunt een speciale suspensie (bentoniet) het graaffront. De steundruk verloopt hydrostatisch. De steundruk wordt gecontroleerd en constant gehouden door een luchtkist achter de duikwand waardoor de.scbotnffielingen.van de ondersteuningsdruk gering zijn. Del>~0n.iet\,çtn:lt~~~9~clttefilt~r~~()p het Ol'pervlak van.hetgraaffront. en zet. bet graaffront()nder4rtlk.l5eiettiîi~ijplij'V~9()(1rdezegraaffrontondersteuning zeer beperkt. De vOrming van de •rnembtaatt1acntigemt~f5qek is tijdens vele boorprojectenbewezen. De bentoniétca1re/ist~ll!ltier luchtondool'lateiWwitatdoofhet graa.ffrontdoor. druklucht kan worden gesteund tijdens •betbetreden\l~4e ·graaikamer. De eigenschappen van de steundruksuspensie••• kunnen ·aan·.de·.situatie•·w9.~ • ••aangepast. Voordelen Naast de vçprd~l~~(\ielli~r})()ven zijnomsçbre~lglrmen worden genoemd: degetinge·. aandrijfkrachten~•door debekeg§ttváttde druleverdeHngover de hoogte van ·l1et·grlÛlffl"ont,de stnerènde werldngmlletperitortiefen de ·sche~ding .van .•de functi~ ••• Qnd~rsteul1ittg •(door •• ••• suspe1lSie)•en•••• •• afgr''V~11 ••• (r ••snij~;i9).·.van.g!aa.ffrofit; gerill~ ••• v~I'$t()ril1g.·.V~tl •• d~·•rlattlutHjk.•• • aaJ1wezige••gróridspanmngell~·· er kan.beter illfiiethomogênegrondlagen .worden .geboord dan bijeen EPB-schild door de zelf.,insteHendedrukregelillg; doordat de TBM lichter is ·eflndrider aandriJken •draaimoment nedig heeft wordt het hoofdlager minder belast waardoor de leven.sduurgtoter is dan van een EPB-schild; het geïnstalleerd vermogen is kleiner waardoor de ••runningkosten lager zijn dan voor een EPB;
steenbrekerinbouw is mogelijk zodat afvoer van afgegraven materiaal geen problemen oplevert; hergebruik ondersteuntngssuspensie; het afvoersysteem van afgegraven grond kenmerkt zich door: * schoon transport; * neemt weinig ruimte in beslag; * is l'ichtin.g~ona~~lij}(, de scheiding~installat1escheidt~ korrèlgrootte zodat het gescheiden materiaal eventueel verder gebruikt kan wordell; indien·.een ·Neopl'een.•sta,artdichtingWpt'(:lt toegepast is. deze eenvoudiger en. minder gevoelig voorgrouten ol1effeflbedendä:ll~staartdicbting ·dmv vetinjectie en staalborstels; door ·de toepassing van een·.gesloten. gro11(.iafvoersysteemis er geen gevaar tgv .vrijkomendestoffeIl inde tunnelbuis en is.et.mlij.
Keuze tunnelbOOrmachine 2e-Helnenoordtunnel
2.5.4.4
Conclusie
Over bijna de gehele lengte van het boortracé is een grondslag aanwezig die, bij toepassing van een EPB-schild, intensief bewerkt moet worden om een plastischeendf'Ukhoudende. bodemprop te kunnen vormen. De wisselende grondlagen in het boortracé dwingen tot een veelvuldigéaanpa.ssing ·vanhulprnaatregelem Het .:Hydro-Schildd3. van het .boortracévande .2e-Heinenoordtunnèl in •••• deze diagranunetlaa,n~~g7ven.•llit~~~diagr
Vergelijkingstabel EPB en Hydro-schildtype
Criteria
Hydro-schild
1
Toepasbaarheid schild mbt korrelgrööttëband grondslag 2e-Heinenoordtunnel
2
graaffrontondersteuning tijdens: a) boorproces ; b) toetreden van graafkamer.
EPB-schild . ... ...
zeer goed
a) zeer goed h) goed
nietgescbiktzonder hulpmaatl'egelen a) middelmatig b) middelmatig ...
(omekef) •••••
zeerh()og
benodigd draaimoment en verstoring van het graaffront tijdens het boorproces
gering
4
mogelijkheid en veiligheid tot toetreden van.graafkarner
goed
~ ..
1Tl~il'lg.Y • 't1d~$t~l.l~ldt;en
~trOl,rwbaar
3
(töt 3lcéêrlJoFl
. .....
..
......
6
behandeling van de afte graven grond
7
benodiggeaandrijfla-acht
<
middelmatig
laag
..........····.·.i .....
niet nodig ......
.
-''7='
nodig h()QgJZIOt3
....
-r-•
.....
keerl1op'l
.
....
•••
8
zettingen
beperkt
klein
9
scheidingsinstallatie
nodig
niet nodig
talrijk
talrijk
10 ervaring van schilden met D
= + /-
8,5m
3febrilaiÎ ·.1993
blz.27
3
BepalÛlgprogramma van eisen TBM
Tabel 3.1 Belasting
Maxi
waterdruk
350 KN/m2
Opmerkingen scbiUt~tel (zonder$nij-
Gelijkmatig verdeeld.
deel); drukwand;
sluis. p = pmaxvcosë pi = pmax
250 KNlm2
gronddruk
Constructief door
hindernis
wandsterkteopge-
nomen. wrijving staartdichting Trailergewicht circa 180 ton maximale vijzelhelling circa 3%.
ophanging trailer
versehildrukop
drukwand
de
Werken niet gelijktijdig.
p = 60 p = 200KN last
De belastingen vanuit de TBM zijn: het eigen gewicht van de TBM; reactiekrachten vanuit: MNm. De hydraulische aan'" de snijradaandrijving: - max.dtaaimom~tcirca4 drijvill.gisg~fi:lat~rd aa11 de draaisnelheid. max~d=4.0 Mlflllhijn = 1 omwenteling per minuut maxlrid.=~;OMNmbijn = 2 omwentelingen per minuut max.áalldtukktáehtcirca3 MN. '" vijzels: 14vij~~$ets~ .1.8 M~; max.iandtlj(kr~htSO.4MN . ontw~~n .01 .till~ttenverplaatsen van segmenten met '" riagerector: een ~imaal~igert~icht van 50 KN. Alle overige belastingen vanuit de TBM. zijn v()Qr het ontwerp van de TBM met maatgevend. Opmerking:
Voor het voorontwerp.Yatlde2e-Heinen~rdtun.nel zijn onder andere berekeningen gemaakt I11btgibêtlOdijdedetOOng op de tunnel, de tunnellimngen de benodigde st~JVkinde verschillende bedrijfsituaties van de TBM (graaffront geheelên gedeelteIijk ondersteund met bentoniet en of luchtdruk). Deze bereke11iggi-jeyi-Wit<1~ die ais uitgangspunt voor het ontwerp van de TBM· WQrd~getl()men ...Voor deze berekeningen wordt verwezen naar het rappoh"BerekenÎngen VoorontWerp Boortunnel Heinenoord" van Arjan van defPUt.
Keuze tunnelboonnachine 2e-Heinenoordtunnel
~ februari 1995
blz. 29
Figuur 3. 1
Principe Hydro-schild
Keuze ruMelboormacliine 2e-Heinenoordtunnel
3 feoruan 1995
6fzJo
3.2.2
Technische beschrijving TBM-ontwerp
3.2.2.1
Algemeen
De TBM bestaat in hoofdlijnen uit: het schild . de ontgr3vinssmechaniek; de aan4rijvill8shydralllic; de erector; de stuurcabine; het grondafvoersysteem; de staartvlllling;. de staartdicltting; . de trailers die achter de IBM worden meegesleept. In deze paragraaf worden deze TBM-onderdelen nader beschreven. 3.2.2.2 Het schild bestaat in wezen uit een cilindrische buitenomhulIing met binnenliggende verstijvingen en afsluitwanden. In figuur 3.1 is een Hydroschilduitvoering weergegeven. De schildmantel De schildmantel is opgebouwd uit 3 buisdelen namelijk: het graafdeel, het middendeel en het staartdeel. Deze buisdelen hebben een nominale buitendiameter van 8,55 meter. Het graafdçsl Het graafdeelloopt van de snijmessen tot aan de drukwand. De gekozen metaaldikte van 80 mm is een compromis tussen mareriaalsterkte. nog eenvoudig lasbare verbindingen en bouwtolerantie. De ervaring heeft geleerd dat deze staaldikte voldoende is. De vereiste montage van de langsnaden bestaat uit een doorlopende las. Duik- en drukwand zorgen in dwarsrichting voor een praktisch onvervormbare verstijving. Het middendeel Het middendeel sluit achter het graafdeel aan en reikt tot aan het einde van het ringspant. In het middendeel bevinden zich de aandrijfvijzels rondom de wanden. Het ringspant wordt verstijfd met "een draagkruis " waarbinnen een centraal venster is waardoor de aandrijfas van het snijrad loopt. Het draagkruis neemtvan voren de aandrukkrachten vanuit het snijrad op en van achteren de aansluitkrachten van de erectorconsole met de daaraan hangende trailers. Het stMnSl~l Het slaartdeel bedekt aan het schildeinde de werkruimte van de erector en de laatst gebouwde ring. Aan het. einde van het staartdeel bevindt zich het staartdichtingsprofiel· en het noodafdicbûngsprofi~. In het staal van de buis van het staartdeel zijn tbv de staartdichdng op gelijke afstanden 4 gtoutdrukteidingen opgenomen.
Dl:Yk-Cngyum:ma
De dwarsschotten verstijven de schildmantel tegen van buitenaf werkende radiale belastingen. De gla44e voorzijde van· de duikwand sluit. de graatkamer af. Meerdere naaracbteren sluitendeltlikengeven toegangsmogelijkbeid tot bet snijrad. Aan de voet van de tunnel is er een opening inde duikwand ..we de graatkamer· mët de drukkamer verbind. De drukwand sluit de atmosferische. binnenruimte van de druklw'ner af. In de drukwand zijn doorgangen aanwezig namelijk:.· . . . . in de ronnelkFuin: openingen tbv een sluis en toevoerleidingen; in de as en voet van de tunnel: openingen tbv spoel- en afvoerleidingen
blill
3.2.2.3
3.2.2.4
Om verdraaiing van het schild te voorkomen kunnen de drukviJ~ls ..·op.~n. lagerpunt tangentiaal worden versteld. Ieder vijzelpaarzit aan het voorste druklager iri.·een hydraulisch tangentiaa.ly~rsçhuifhareslee .••.•• Het achterste lager heeft •elastische .•gummiedelen,die ..bij uitsçij\l.ivetldeXij~~s tij<:ifdij1c meegeven •.• en <:iAArmee debuigbelasting van..de. vij+etstang wezenlijk.verklei~n. 3.2.2.5 .,'."'
.. ".
-,.,.".,
.".
,
..
"
-"
..
De.•• erectQr•••• isc••• beYestigd•• ·.als•.• ringerector••••• om .••• zijn•••• draagcousole, ••• die aan•.•• het.••• verstijvingskruis van het schild is bevestigd. Door hetvrijemiQ(1en Jopenalleverbindingsleidingen Van.het schiJd.·.naar•de . •• ttailers. De driedelige.vacuüm-tilkop voor de segmenten (voor A, B en C-segmenten en de steen) is bevestigd op een •hefbrug. Door langsverschuiving over de draagconstructie, de rotatie, de slag van de brugvijzelsen 2 verstelbare vijzels • aan de vacuOm-tilkop kan het element nauwkeurig worden geplaatst. Twee centreerconussen op. de •vacuüm~tilkop vergemakkelijken de overname van de transporttafelenvoorkomen het vallen van •het segment .bijeen defect aan de vacuûmsysleem. Allebewegingen·van.de erecrer worden traploos hydraulisch met ventielen geregeld.
3.2.2.6
Stuurcabine
Alle bedieningselementen van hetschi1d zijn in de stuurcabine ondergebracht. De stuurcabine is ondergebracht op een plateau aan de zijkant in de TBM. Het stuurpaneel heeft verschillende modulen waarop de volgende functies staan afgebeeld: boorproces positie, beweging en druk van de vijzels; ontgraven positie, snelheid en vermogenafaame van het snijrad; graaffrontsteundruk, suspensie-spiegelniveau, mengselcirculatie in de verschilondersteuning lende leidingen, pompeontrole; schild- en riagposîtie, positionering Door het basisprincipe van een Hydro-schild is er weinig bijstelling van het ontgravings- en hydraulisch systeem tijdens het boorproces nodig omdat: de steundruk wordt automatisch op de gekozen waarde gehouden; na instelling van de toe- en afvoerleidingen stelt zich een stabiel bedrijfspunt in waarbij de vloeistofspiegel in de graafkamerslechts enkele decimeters aan verandering onderhevig is; indien er boven- of ondergrenzen van het vloeistofspiegelniveau worden bereikt dan wordt de voortgang automatisch uitgeschakeld en treden de afsluiters in werking; bij stroomuitval valt de boorinstallatie in een veilige bedrijfstoestand met gesloten omloopventielen. Uit de ervaring .blijkt dat de besturing van een Hydro-schild nauwelijks moeilijkheden oplevert. Afwijkingen van meer dan 5 cm buiten het boortracé treden zelden op.
···6h:.34····
Keuze·tunnelbOormachine 2e-Heinenoordtunnel
3 februari 1995
Figuur 3.2
3.2.2.8
Staartdichting
Staartvuiling Om despieet tussen de buitenkant.vandenmnteten ·de. buitenkant vand~lining· (oversnij, ding) met .grout ..te vullen zijn. groutdruideidingen langs de. schiidmantelmJltrek opgenomen. Er•• ·zijn·.4••• grotttdrukleidingen•.• voorzien .•• ·.·J.)eZe •..tred.en•• in·•.een··.boog·••in.·.bet.·.mantelstaal. ·en·•• lopen door tot de buitenzijde van staartdichting, ledereaangeslQten leiding. wQrdtdQOfeêneigen.pompaangedreven. Op deze manier kan op verscbiUêtldehopgten .over deschi1dd.t~rg~g~~J,'Uk)"()r
Trailers
De aan bet schild geschakelde installaties zijn .op· •:3 trailers ondergebracht. De trailers hebben brede kunststotbanden. Op de trailers zijn (van .voren naar aehteren) ondergebracht: Trailer 1 (circa 10 meter lang); * tijdelijk 2 beweegbare werkplateaus voor de segmentmeetage; * de groutdrukpompen; * de segmentoverdrachtsband; *dêeentr'a1ebydrauliekVerZQrgingmetpom.pen en tank: '" de·•• moerpomp ••·en••afvoerpijp van.·het.··hydraulisch···transport. Trailer 2 (circa 10 meter lang) * de segmentkraan; * een reservoir voor speciale steundruksu~nsie; * apparatuur tbv van de elektrische energievoorziening zoals kabethaspels, trafo, verdeelkast; Het verzorgingsspoor loopt via een sleepspoor op trailer ·1 naar trailer 2·over. Trailer :3(circa 10 meter lang) * materieel tbv verlenging van de volgleidingen zoals telesco()pbuizen,slangover~ gangen, buizen~ en railsmagazijn; * een kleine werkplaats.
blz.37
Op de voet van tunnel ligt een spoorrails waarover de grout, segmenten, verbindingsmaterialen en personeel worden getransporteerd. De luchtverversingskoker wordt in de tunnelkruin opgehangen. Atle bouwmaterialen voor de bouw van een ring worden op zo'n wijze met een trein getransporteerd dat per gebouwde ring slechts 2 treinbewegingen nodig zijn. De standaardtrein is opgebouwd uit een groutwagon, een segmentenwagon, een materiaalwagon en een locom9~i~t,>
Keuze tunnelboormachine 2e-Hdnenoordtunnel
I -I
-..s
-G
Ii !
&.
..-
Figuur 3.3
3.3.1
A1gem~n
Het functioneren van de scheidingsinstallatie is direct aan de TBM-voortgang gekoppeld. Ondanks deze directe. relatie met de TBM is. dei~cl1eiding~instaUatjenieLvanzelfspre~n4een onderlieel v~<1el'l3l\1"a.tlIl&ie4ingv~eenlevemncier,Bijde aanvraag zijn doqF de .1'BMwerkgroepgeentechnischespeçifi~tieslnbt>4e. &cbeidill~instaUatiemeegestuutd. en is.er door .Óe.·.TIUvf-l~yera1lciersg~&chei<1illg$installatie ..inde .•.élanbi~ngen ••ppgell()fllen. Deson(1ankswqrdtiJ:ld5~raPWJrtageeenbeschdjvlnggegeven van.deVOOThetboorpr()ces vaneenlly4r().-scbjldn~kelij~scheidingsinst~dlatie.
3.3.2
Eisenen keuze van het scheidingsmaterieel
De ·steunvlqeistofdiellt)0tl) hcetgraaffrQntteonderstetlnen ende afgegravengronddeelties methetl1Y4rattli$Çh~steetlltlfte>voeren' •.J.letaak van de scheidingsinstallatie is •.Qmde gronddeeitjes te scheiden van.deste\lnvlqeistQf.Eencotnplete scheiding. wordt ..niet. nagestre" reefd echter eengrmegronddichtbeid.is voor. de stortlokatie gewenst. Voor kleine .korrel~roottes is ••descheiding. lastig .••. Aan>c1e.steUllvl()eistofword~n~tIlelijk additievenJoegev~gdomdev]()eist()fdegewensteeigenschappen te geven. Dekorrelgr()()t'te van de toevoegingen ende afgegraven grond liggen soms. dicht bijelkaar -.Pescheidingsinstallatiei~nietjn.staat()mdegewenste etI ongewenste kleinere korreldeeltjesteQn(1erscheiden zodat er een compromis mbt de scheidingsintensiteit moet worden gemaakt, Afhankelijk van de benodigde ruimte,·.deopstelvqorwaardenende ·.ontwateringsmogeUjkheden is er een duidelijk onderscheid van de scheidingsapparatuur bij een scheiding van korrels met~gr()()tte van 25p... Scheiding van grotere korrelfracties geschiedt met een hydrocycloon met een aangekoppelde ontwaterinstêllatie, Ter besCl1ern:rlllg .Van••de cyclooll worden. de grootste gron(idelen. eerst door een zeef gescheiden van de suspensie. De scheiding van de fijnere korrelfraeties ..·vereisen een grotere inspanning. Een vlokkingsbekken met aangekoppelde gronddroging in centrifuges of filterpersen brengen hoge investerin.gs-.en bedrijfskQstenmet;r;icb .mee,Alternatieven. zoals .storten .of mengen van de restvloeistofkunnenJokaal ecol1()1l1Ï$chaantl:ekkelijke oplossingen zijn. Omciat de .afm.etingen van 4e tUOJ:lelhet niet .tqeIatende.· çyclonen op •de trailers te bouwen moet de complete scheidingsinstallaüeop de oever worden geplaatst,
Deschei(Üngstrappen Van desc;heÎ(iingsinstalIatie worden in d~paragraafachtereenvolgens beschreven. Eerste scbeidingstrap De vervuilde steunvloeistof doorloopt vanuit de afvoerpijp: de stenenkist deze dient om de bewegingsenergie van de vloeistofstroom .te •.. Verkleinen en voor een g~ijkmatige verdeling op het zee:fvlak; de voorzeef deze dient om de naKomendeinstaUaties te beschermen tegen grote korreldelen. Het bestaat uit een trillende metalen- of kunstofzeef met een maaswijdte van 4 à 5 mmo De afgezeefde gronddelen worden afgevoerd. Tweede scheidingstrag (middelste eycloonseheidingstrap) Het afvoermengsel stroomt van de voorzeef in een opvangreservoir onder de ontwaterlastallarie, van waaruit het mengsel naar de eerste cycloon wordt gepompt. De eerste cycloon scheidt de korrelgroottes van lOOit en groter (de zandfracties). Op een ontwaterinstallatie
3·.•fëbruart·.•lg95
blzAl
4
Selectieprocedure TBM-Ieveranciers2e-Heinenoordtunnel
4.1
Aanbiedingen TBM-Ieveranciers
Na selectie van 7 TBM-Ieveranciers is de •••.• 1'I3M..a:mvraag. v()()r•.de .•2e-H~inenoordtunnel verstuurd naar deze 7 TBM-Ieveranciers. Door de 7 leveranciers zijn 5 aanbiedingen ingedi~n
Een. techllisçhef:lesemijviijgvllnaehoofdon
vandeTBM-machines.
is. in •hoofdstuK
De aanbiedingen zijn eerst gecontroleerd op volledigheid. Aan de hand van een technische TBM-checklist is de volledigheid van de verschillende aanbiedingen gecontroleerd en zijn de verschillende aanbiedingen met elkaar .vergeleken. De ervaring heeft geleerd dat naast de controle of de aanbiedingen voldoen.aan.hetgestelde programma van eisen ook moet worden gelet op de volgende technische aspecten: waarborging stabiliteit graaffrontenmogelijkheid tot betreden van graafksraer; voorzieningen mbt waterdichtheid· TBM; hoofdlaget (conStruêtie,·levensduur. vervangingsmogelijkheid e.d~); staartafdicbting; groutsysteem9n1oversnljdings1't1Înrteop tevuUen; C()ilStruPtieyan• stlij~d(p'~'~f:lewegiAgsYriji't~n); gei'nstaUeerd vermogen; ...........•....... voorzieningen mbtv~9tkomingvaI1tórderingvan de TBM; veiligheidsvoorzieningen vap ••. d~i1'J3.J4bij: * bij stroomuitval (f:letl()(jige.tti'tandêIiJjgen); ••• brand; * explosie; * lekkage; ARBO-wetgeving,Stoomwezen,Cllissonwet; reserve-onderdelen; ringbouwplanningssysteem; plaatsbepalingssysteemlbestriringssysteem; mogelijke vervanging van essentiële ··ónderdelen (hoofdleger , staartdichting, . snijtanden etc.);
.
.
..
.
.
meetapparatuur en. data-vel'V(er~/opslag •(in bijlage 2 is een liJstopgenom~ meti1l8endiestandaardtbv vanb.ètb()oJ:l)f()CéSl,Y()fgenuitgt'voero); tekensystemen en software (aan de laatste onrwik:kelingen aangepast?); zwaartepunt van TBM; vetconsumptie van TBM-onderdelen;
Keuze tutmelbOOrmachme 2e-Reinenoortitunnet
·.met
61:D13
Aan de TBM-Ieveranciers zijn vragen gesteld om een volledig financieel beeld te krijgen van de TBM. Het is van belang gebleken bij de leveranciers veel aandacht te besteden aan de check van de volledigheid van de aanbieding (turn-key/klaar voor gebruik zijn). Naast de aspecten uit tabel 4.1 is op kostprijsgebied gelet of de volgende onderdelen in de aanbiedingen waren opgenomen en wat de kosten waren van: reserveonderdelen; slijtdelen zoals •een set drill bits; tunnelquidance~system; groutsysteem; bentonietverbruik, foamtoepassing; ontgravingsmaterieel (locomotief, wagons, rails etc.): strootntransformers e.d.; bydrauHschsysteem; porapinstallaties, afsluiters pijpen, spillage tank etc.; sCheidingsinstallatie; tunnelventilatie; voorzieningen tbv industrieel water; kosten om aUe.elektrischecomponenten explosie-proof te maken; toezeggingvanJeverancierdatdeinbudgetprijs ook de kosten voor levering, installatie, proefdraaien.·en x meter begeleiding plus inwerken boorploeg op de bouwplaats zijn opgenomen; Opmerking: Bedacht moet worden dat de leverancier meestal alleen de TBM van graafwiel t/m achterkant van het trailersysteemvande TBM aanbiedt. Dit houdt in dat kabels, ventilatie, hydraulisch systeem, rails en bielzen en af- en toevoersystemen van achterkant TBM tlm maaiveld niet in de prijs zijn inbegrepen. Dit geldt meestal ook voor de scheidingsinstallatie, back-up generator, compressors, electriciteits- en bentonietverbruik. 4.4
Dermitieve keuze TBM
In een drietal gespreksronden zijn de TBM-Ieveranciers apart ondervraagd. De 2 EPB-aanbiedingen vielen al na de eerste gespreksronde af vanwege onvoldoende vertrouwen van de TBM-werkgroep in de toepasbaarheid van een EPB-schild onder de omstandigheden die er heersen bij de 2e-Heinenoordtunnel (hoge waterdruk van 3,4 bar en 70 à 80 % zandgrond). In de tweede gespreksronde zijn de overgebleven TBM-Ieveranciers verder ondervraagd. Ten slotte is er nog een derde gespreksronde geweest waarbij aan de twee meestbelovende TBM-aanbieders vragen zijn gesteld. Uiteindelijk is voor een Slurry~schildleveranciergekozen.
Keuïê twmel'böormachÎne 2ë~ReinenooiitUnnel
61t.45
Bijlagen
Keuzetunnelboormiê'hiIl.e2ê~Héinen®tdtuIl.Il.eI
bl:Z.47
Bijlage 1
Overzicht materieeiverschillen tussen EPB- en Hydo-schild
EPB-schHd
=SChild
TBM - schild aandruk cylinders - graafwiel - frontondersteuning (foam en gronddrukbalance - staartdichting (staalborstels en vet)
TBM - schild - aandruk cylinders - graafwiel - frontondersteuning (bentoniet en luchtdrukbuffer) staartdichting (neopreen)
segmenthandUng
segmenthandJing
segmenterector
segmenterector
groutinjectie
groutinJectie
foaroinstaUatie - foamconsumptie
bentonietcentrale - bentonietconsumptie
afvoer grond rotadumpers locomotieven - depot
-
afvoer grond baggerpomp - boosterstation - leidingen - grondscheidingsinstallatie
ZED 261 (geidance-system)
ZED 261 (guidanee-system)
luchtdruk (compressoren)
luchtdruk (compressoren)
diverse transportmaterieel segmenttrein grounrein - persoaeelstrein - platte trein - locomotief
diverse transportmaterieel - segmenttrein - groettrein - personeelstrem platte trein locomotief
diverse services in tunnel liSP-kabel 10 kV - luchtdruk dubbel - rails/wissels
diverse services in tunnel - liSP-kabel 10 kV - luchtdruk dubbel - aanvoerleiding bentoniet 350 mm - afvoerleiding grondmengsel 350 mm railslwissels
-
-
-
-
-
-
-
-
-
groutcentrale 25 m3/uur
groutcentrale 25 m3luur
segmentopslag - aanbrengen neopreen afdichtingsprofie-
segmentopslag - aanbrengen neopreen afdichtlngsproftelen aanbrengen bitumenstroken inzepen segmenten
-
len
aanbrengen bitumenstroken inzepen segmenten
Keuze tunnelboormachine
2e..Heinenoordtutr.llel
-
bb:.49
Bijlage 2
Standaard metingen tbv het boorproces
Voor geboorde tunnels worden ten behoeve van de kwaliteitsborging van het boorproces en de ringbouw de volgende metingen uitgevoerd en gerapporteerd. Metingen ten behoeve van.bet boorprock§ steundrukaan het graaffrom; bentonietspiegelniveau; draaimomenten draaisnelheid van het snijrad; draaitijd.en draairichting van het snijrad ; snijraàpositie; drukktacntvan de drukvijzels; schildre~eling(hodZ()ntale .en vertikale heHing van de schildas); schildverctraaiing••• tgv.•. torsie; gfQndw~terdnû(.·.~[l•het· •• ...• graaf'ff()nt; aan-enafvoennell8sel va.ndesuspensie; kwaliteitscontrole. van.de.... suspeJlSie; luchtverbruiktijdensgraaffrontondersteuning onder druklucht; stroomverbruik van de aggregaten. Metingen ~enbeboeve van het bouwen van de tunnelring geometrische positie van de ring ter plaatse van staartopening (spleet tussen buitenkant schildmantel en segment); geometrische positie van de ring ten opzicht van de schildas; groutdruk en groutmengsel van het grout dat de staartopening opvult tussen schildmantel en segment.
Keuze tunneIhoormachine ~e-Heinenoordtunnel
3 februari 1995
bIz.Sl
