Het Centrum Ondergronds Bouwen wil als kennisnetwerk oog en oor zijn voor alles wat met ondergronds bouwen te maken heel!. Vanuit de visie dan ondergrond ruimtegebruik en essentiele bijdrage levert aan een mooi, leelbaar en slagvaardig Nederland, stimuleert het COB de dialoog tussen aile mogelijke partijen die een rol spelen bij de verkenning van belemmeringen en mogelijkheden van het bouwen onder de grond. Naast het (mede) uitvoeren van onderzoeken, is het COB actiel op het gebied van communicatie, kennismanagement en onderwijs, onder meer door de ondersteuning van een leerstoel ondergronds bouwen aan de TU Delft en het lectoraat ondergronds ruimtegebruik aan de Hogeschool Zeeland. Meer dan honderd organisaties uit het bedrijlsleven, de overheld alsmede kennisinstituten bundelen in het COB hun krachten en expertise. Het COB maakt deel uit van het CUR.NET en stemt zijn activiteiten al met andere deelnemers aan dat netwerk, zoals CUR, Habilorum en SKB. Daarnaast heelt het COB een Memorandum 01 Understanding met de Japan Tunneling Association (JTA) en stimuleert het internationale uitwisselingen met andere landen. COB is mede initiatielnemer van het nieuwe onderzoeksprogramma ECON en werkt nauw samen met Dellt Cluster.
COB NA 2003 In 2003 loopt de tweede onderzoeksperiode van het COB al. In nauw overleg met de participanten is een businessplan opgesteld voor de periode 2004-2007. Hierin wordt ook een aangepaste programmeerwijze voorgesteld waarbij een grote nadruk op alstemming tussen vraag en aanbod zai "orden gelegd. De in het businessplan genoemde speerpunten, voortgekomen uit een brede consultatie van het COB netwerk, vormen het uitgangspunt voor de programmering van onderzoeksprojecten. De speerpunten bieden een locus voor de programmering en doen recht aan de visie van de komende jaren: \Samenwerken aan het verantwoord ontwikkelen, bouwen en beheren van ondergrondse ruimte'
PROGRAMMA VAN EISEN TBM-MEETSYSTEMEN 2.1 Boorprocesinstellingen en boorprocestoestand 2.2 Eisen aan het meetsysteem
3 3 3
Hoofdstuk 3
OVERZICHT BESCHIKBAAR MEETAPPARATUUR 3.1 Totaaldruk van suspensie / grond 3.2 Niveau spoelvloeistof 3.3 Metingen aan snijradcilinders 3.4 Schild voortstuwing """"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 3.5 Draaimoment (koppel) van het snijrad 3.6 Ruimtelijke positie van het schild
5 5 6 7 7 8 8
""""""""""""""'"
"""''''''''''''''''''''
3.7 3.8
Hoofdstuk 4
Hoofdstuk 5
Groutdruk en -viscositeit """"""'" Grout debiet
'''''''''''''''''''''''''' ,
""""
9 9
VERGELIJKING PVE MET BESTAANDE TECHNIEKEN 4.1
Inleiding
4.2 4.3
Programma van eisen Vergelijking met bestaande technieken
Bijlage Al Bijlage B 1 Bijlage B2 Bijlage B3 Bijlage B4 Bijlage B5 Bijlage B6 Bijlage B7 Bijlage B8 Bijlage B9 Bijlage B 10 Bijlage B 11 Bijlage B12 Bijlage B 13 Bijlage B14 Bijlage B 15
Drukopnemer voorzien van scheidingsmembraan Drukopnemer voorzien van een coating Drukopnemer voorzien van een keramisch membraan Capacitieve electrodes Akoestische niveau meters Radar niveau meter Luchtdruk Magnetostriktieve verplaatsingsopnemer Incremental encoder Askoppelmeter Ruimtelijke positie van het schild Groutdruk in de staartspleet Overzicht instrument en en eigenschappen Automatic survey station Vibrating Wire Settlement Systems Multipoint Liquid Level System Chain-deflectometer EL Horizontal In-place Inclinometer EL Vertical In-place Inclinometer Vibrating Wire In-place Inclinometer Rod Extensometer Fixed Re-installable Micrometer VW Stress Stations Spannungsmonitorstation High Performance Piezometers VW Peizometer EL BEam Sensor VW Crackmeter
35 35 36 36 37 37 38
"""""
"""'"
COB:
L700-02
definitief
december 1998
SAMENV A TTING Bij het opzetten van het Integraal Boor Beheerssysteem wordt beoogd de invloed van het boren op de omgeving te minimaliseren door terugkoppeling van de boorproceseffecten op de bodem en gebouwen naar de TBM besturing. Om adequaat te kunnen anticiperen in het nog te boren traject, wordt verder beoogd een mogelijkheid te creeren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken. Een van de functionele eenheden van het IBBS-systeem vormt de effect-meeteenheid, welke de effecten meten in de tunnelboormachine, de grond en de gebouwen. Een inventarisatie is uitgevoerd naar gewenste en beschikbare meetsystemen, die onderdeel moeten gaan uitmaken van genoemde effect-meeteenheid. Bij de technologie-inventarisatie van de meetsystemen is onderscheid gemaakt tussen meetsystemen in de TBM en meetsystemen in de grond en aan gebouwen. In het voorliggende rapport worden de resultaten van de technologie-inventarisatie van de meetsystemen gepresenteerd. In deel 1 worden de systemen voor de TBM behandel. In deel 2 worden de systemen voor de grond en gebouwen besproken. In het algemeen kan voor het meetsysteem van de TBM worden geconcludeerd dat voor een eerste orde IBBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes, zonder dat aanvullend onderzoek is vereist. Het tweede en derde orde generatie IBBS kan niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Met uitzondering van de maaiveldzakkingen, voldoen bestaande meetsystemen voor de metingen aan de grond en de gebouwen.
Schrijvers: Titel en subtitel: Technologie-inventarisatie meetsystemen GD: ing. A.J.M. Peters, ir. E.P. van Jaarsveld WL: ir F.W.J. van Vliet, J. van der Pot Datum rapport: december 1998 Rapportnummer opdrachtnemer: CO-381590/II Projectleider opdrachtnemer: ing. A.J.M. Peters Projectbegeleider opdrachtnemer: ir. E.P. van Jaarsveld
Type rapport:
Naam en adres opdrachtnemer: Grondmechanica Delft Postbus 69 2600 AB DELFT
Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus 420 2800 AK GOUDA
COB-document nummer: L700-02 Projectbegeleider opdrachtgever: Prof. W. Vlasblom
Samenvatting rapport: Bij het opzetten van het Integraal Boor Beheerssysteem wordt beoogd de invloed van het boren op de omgeving te minimaliseren door terugkoppeling van de boorproceseffecten op de bodem en gebouwen naar de TBM besturing. am adequaat te kunnen anticiperen in het nog te boren traject, wordt verder beoogd een mogelijkheid te creeren om opgedane ervaringen direct te kunnen verwerken. Een van de functionele eenheden van het IBBS-systeem vormt de effect-meeteenheid, welke de effecten meten in de tunnelboormachine, de grond en de gebouwen. Een inventarisatie is uitgevoerd naar gewenste en beschikbare meetsystemen, die onderdeel moeten gaan uitmaken van genoemde effect-meeteenheid. Bij de technologieinventarisatie van de meetsystemen is onderscheid gemaakt tussen meetsystemen in de TBM en meetsystemen in de grand en aan gebouwen. In het voorliggende rapport worden de resultaten van de technologie-inventarisatie van de meetsystemen gepresenteerd. In deel 1 worden de systemen voor de TBM behandel. In deel 2 worden de systemen voor de grond en gebouwen besproken. In het algemeen kan voor het meetsysteem van de TBM worden geconc1udeerd dat voor een eerste orde IBBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes, zonder dat aanvullend onderzaek is vereist. Het tweede en derde orde generatie IBBS kan niet worden verwezenlijkt zander verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Met uitzondering van de maaiveldzakkingen, voldoen bestaande meetsystemen voor de metingen aan de grond en de gebouwen
Classificatie deze pagina: Nee Namens opdrachtnemer: E.P.van Jaarsveld F.W.J. van Vliet
Aantal biz.: 57 Paraaf: Namens opdrachtgever:
kP
""""' ./'
W. Vlasblom
Prijs: Paraaf:
Auteursrechten AIle 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 fotokopieen, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB. Ret is toegestaan overeenkomstig artikel15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te dteren 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. "@Rapport L700-02 Technologie-inventarisatie meetsystemen, december 1998, 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 met worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. leder 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.
VOORWOORD
De COB onderzoekscommissie L700 "Integraal BoorBeheersSysteem IBBS" is in november 1996 opgericht met als doel de haalbaarheid van een integraal boorbeheerssyteem te onderzoeken. Een IBBS is een besturingssysteem dat het boorproces in de tunnelboormachine zodanig bestuurt dat de door het boren veroorzaakte bodemontspanningen zo min mogelijk effect hebben op de bebouwing in het omgevingsgebied. Gedurende totstandkoming van dit rapport was de onderzoekscommissie L700 als voIgt samengesteld: Prof. ir. W.J. Vlasblorn, VOORZITTER, TV-Delft Faculteit Ontwerp, Constructie en Productie. Dr. ir. R.P. Krorn, SECRETARIS, TNO Bouw Jr. J.W. Bosch, TauwMabeg Civiel en Bouw BV Jr. F.J. Kaalberg, Tunnel Engineering Consultants v.o.f Jr. E.P. van Jaarsveld, Grondmechanica, Delft Jr. J.G.S. Pennekamp, Waterloopkundig Laboratorium R.P.W.J. Kloek, TNO Bouw Naast de leden van de onderzoekscommissie hebben Ir. F.W.J. van Vliet, Waterloopkundig Laboratorium en ing. AJ.M. Peters van Grondmechanica Delft een bijdrage geleverd aan dit rapport. De COB spreekt zijn dank uit aan aIle instellingen die kennis en kunde hebben gedeeld voor de totstandkoming van dit rapport. Bijzondere dank gaat uit naar het Adviesbureau van de Noord-Zuidlijn voor het beschikbaar stellen van hun kennis en ideeen die reeds binnen de Noord-Zuidlijn aanwezig waren met betrekking tot dit onderwerp. Eveneens is dankbaar gebruik gemaakt van de opgedane ervaring binnen het proefproject Tweede Heinenoord Tunnel.
Gouda, November 1998 Het Bestuur van het COB
Deel!
TBM
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Hoofdstuk 1 INLEIDING
In de TNO-rapportage ten aanzien van het functioneel en conceptueel ontwerp van het IBBS wordt beschreven dat het systeem gevoed zal worden met meetinformatie op drie deelgebieden, te weten TBM-informatie, bodeminformatie en gebouwinformatie. In dit rapport wordt een inventarisatie uitgevoerd naar mogelijk en beschikbaar meetinstrumentarium voor het verwerven van TBM-informatie. Hierbij is de aandacht primair gericht op de parameters die in de TNO-rapportage worden aangeduid als ingangs- of basisparameters voor het IBBS. In de inventarisatie wordt aandacht besteed aan meetprincipes, meetbereiken en meetnauwkeurigheden en worden specificaties gegeven van bestaande apparatuur. Het dient opgemerkt dat een groot deel van de meettechniek aansluit bij die die gebruikt wordt en ontwikkeld is door TBM-bouwers en aannemers ten behoeve van het operationeel beheer. Voorts dient opgemerkt dat onder invloed van de huidige proefprojecten er verscheidene meetmethoden in ontwikkeling zijn. Dit geldt voor de traditioneel te monitor en parameters maar ook voor de parameters die inmiddels gebleken zijn van groot belang te zijn, met name wordt hier het groutproces bedoeld. Het rapport sluit aan op de overige in het kader van het IBBS geschreven rapporten en beslaat de instrumentatie ten behoeve van het meten van processen in een slurryschild. Metingen die specifiek zijn voor een EPB-schild worden niet uitgewerkt. In hoofdstuk 2 wordt weergegeven welke processen in het functioneel ontwerp van het IBBS zijn aangemerkt om te worden gemonitoord. Tevens wordt in dit hoofdstuk aangegeven welke algemene eisen dienen te worden gesteld aan een meetsysteem in een TBM. In hoofdstuk 3 wordt een overzicht gegeven van de meetprincipes die kunnen worden toegepast om de in hoofdstuk 2 vastgesteld processen te monitoren. Hierbij wordt aandacht besteed aan de nauwkeurigheid van de verschillende principes. In hoofdstuk 4 wordt een vergelijking gemaakt tussen het programma van eisen als opgesteld door Witteveen + Bos en het in hoofdstuk 3 weergeven overzicht van beschikbare meetprincipes. Het rapport wordt in hoofdstuk 5 afgesloten met conclusies en aanbevelingen.
1
COB:
2
L700-02
definitief
december
1998
definitief
COB: L700-02
december
1998
Hoofdstuk 2 PROGRAMMA 2.1
Boorprocesinstellingen
VAN EISEN
en boorprocestoestand
In het functioneel ontwerp van het IBBS wordt voor de tunnelboormachine onderscheid gemaakt tussen enerzijds "boorprocesinstellingen" en anderzijds "boorprocestoestand". Boorprocesinstellingen zijn TBM-onafhankelijk en dienen in het TBM-besturingssysteem te worden omgezet in TBM-instellingen. Deze ornzetting is machine specifiek. Als belangrijkste boorprocesinstellingen worden genoemd:
.
gewenste gewenste gewenste gewenste gewenste
. . . .
voortgangsrichting(sverandering) van de TBM boorfrondruk groutdruk en groutvolume in staartspleet graafkracht en rotatiesnelheid van het snijrad slurry-eigenschappen in de mengkamer
In een TBM zorgen diverse regelsystemen (en/of de operator) voor regeling van de TBM"actuatoren" en handhaving van de boorprocesinstellingen door bijsturing van de TBMinstellingen. De boorprocestoestand beschrijft de toestand van de diverse processen in de TBM. De belangrijkste parameters zijn:
.
. . . .
.
positie en orientatie van de TBM suspensiedruk aan het boorfront rotatiesnelheid van het snijrad grondtransport (afvoersnelheid) vanuit de mengkamer voortstuwingskracht en -richting van het schild groutdruk in de staartspleet en verpompt groutvolume
In hoofdstuk 3 worden de meetprincipes waarmee genoemde parameters kunnen worden gemonitoord achtereenvolgens besproken.
2.2
Eisen aan het meetsysteem
Afgezien van instrument-specifieke eisen, dienen ook eisen te worden gesteld aan het meetsysteem als zodanig:
.
De meetfrequentie waarmee processen dienen te worden gemonitoord hangt samen met de tijd die verstrijkt tussen het meten enerzijds en het uitvoeren van een sturende handeling anderzijds. Voor het handhaven van de boorpocesinstellingen is een cyclustijd van orde grootte seconden noodzakelijk zodat een meetfrequentie van 0,3 a 1,0 Hz is vereist.
3
COB:
.
. . .
.
4
L700-02
definitief
december
1998
Omdat de meetsystemen moeten functioneren onder zeer instrument-onvriendelijke omstandigheden worden hoge eisen gesteld aan de robuustheid van opnemers en dataacquisitie. De instrumenten dienen bestand dan wel beschermd te zijn tegen onder andere stof en vuil, schokken en trillingen, mechanische belasting en temperatuurschommelingen. De instrumenten in de TBM moeten gedurende het gehele boorproces functioneren. De levensduur moet dus vele maanden bedragen. Het vereiste meetbereik van de instrumenten is afhankelijk van de specifieke omstandigheden en ontwerp van de TBM. Het verdient voorkeur om voor het meetsysteem een eigen groep van 220 V te hebben die niet gestoord wordt door andere installaties. Voorkomen dient te worden dat signalen worden gestoord door aanwezigheid van sterkstroomkabels.
COB:
L700-02
definitief
Hoofdstuk
OVERZICHT
BESCHIKBAAR
december
1998
3 MEETAPPARATUUR
Onderstaand wordt een overzicht gegeven van de meetprincipes die kunnen worden toegepast om de in hoofdstuk 2 gegeven parameters te monitoren. De nauwkeurigheden die worden genoemd zijn indicatief voor de betreffende meetprincipes en kunnen per fabrikant verschillen. 3.1
Totaaldruk van suspensie / grond
Drukopnemer voorzien van scheidingsmembraan Voor het monitoren van de druk in de mengkamer kan gebruik worden gemaakt van industriele drukopnemer voorzien van een voorliggend scheidingsmembraan. De drukoverdracht van scheidingsmembraan naar drukopnemer vindt plaats door een vloeistof vulling (een voorbeeld hiervan zijn de G16tzl opnemers, zoals gebruikt in de TBM van de Tweede Heinenoordtunnel). - meetbereik - nauwkeurigheid
: vanaf 1 bar : ca. 0,5% van het meetbereik
Opmerking: Een blijvende vervorming van het membraan door bijvoorbeeld indrukken via een steen, kan een blijvende nulpuntverschuiving geven. Voor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage A. Drukopnemer voorzien van een coating Tevens kan gebruik worden gemaakt van een industriele drukopnemer, voorZlen van een coating (vaak polyurethaan):
- meetbereik - nauwkeurigheid
: vanaf 5 bar : ca. 1% van het meetbereik
Opmerking: Dergelijke drukopnemers zijn reeds langer in gebruik in de beton industrie. In verband met nauwkeurigheidseisen zijn voor de Tweede Heinenoordtunnel drukopnemers
met betere specificaties ook voorzien van een pur coating. De coating functioneert goed maar door nog onbekende oorzaak trad bij deze opnemers veel nulpunt verloop op. Voor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage B. Drukopnemer voorzien van een keramisch membraan Ten slotte kan gebruik worden gemaakt van industriele drukopnemer voorzien van een keramisch membraan. Bij een juiste constructie van het membraan kan dit direct aan de suspensie of grond worden blootgesteld:
- meetbereik - nauwkeurigheid
: vanaf < 1 bar : ca. 0,1% van het meetbereik.
5
definitief
COB: L700-02
december 1998
Opmerking: Bij toepassing voor drukmetingen aan bijvoorbeeld grout kan, om aanhechten van het grout op het membraan te voorkomen, in een coating van bijvoorbeeld PTFE VOOfzien worden. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage C. 3.2
Niveau spoelvloeistof
Metalen
electrodes
Ais de vloeistof de electrodes bereikt wordt een weerstandsverandering tussen de electrodes gemeten: : afhankelijk van de plaatsing van de electrodes : ca. 5 mm.
- meetbereik - nauwkeurigheid
Opmerking: de meting is een aan / uit meting. De stapgrootte wordt bepaald door de posities van de electrode paren. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage D. Capacitieve electrode De electrische capaciteit van een gei'soleerde draad of staaf is afhankelijk van de indompeldiepte in een geleidende vloeistof: : vanaf ca. 0,5 tot 10 m : ca. 0,5 % van het meetbereik.
- meetbereik - nauwkeurigheid
Opmerking: door kleef van de vloeistof aan de electrode kan een meetfout ontstaan. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage E. Akoestische
niveau
meters
Met een transducent wordt een akoestische puIs opgewekt. Het niveau wordt gemeten door de tijd te bepalen die de puIs nodig heeft om na reflectie op het vloeistof niveau weer bij de transducent terug te komen: - meetbereik - nauwkeurigheid
: vanaf ca. 0,2 m tot 20 m : ca. 0,5% van het meetbereik.
Opmerking: akoestische niveaumeters hebben meestal een zogenaamde dode band van ca. 0,5 m onder de transducent waarin niet gemeten kan worden. De meting is temperatuur afhankelijk: hiervoor kan gedeeltelijk worden gecompenseerd. De meetmethode is niet toepasbaar bij schuimvorming op de vloeistof. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage F. Radar niveau meter Net als bij een akoestische niveau meting wordt een looptijd bepaald, in dit geval van een radar puIs:
- meetbereik - nauwkeurigheid
6
: vanaf ca. 0,2 m tot 20 m : ca. 0,2% van het meetbereik.
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Opmerking: de meting is niet temperatuur athankelijk. De meetmethode is ook toepasbaar bij schuimvorrning op de vloeistof. Voor specificatie van een derge1ijk meetinstrument zie bijlage G. Luchtdruk V oor het bepalen van de luchtdruk zijn vele opnemers verkrijgbaar:
: 800 tot 1200 mbar : vanaf 0, 1 mbar tot enkele mbar.
- meetbereik - nauwkeurigheid
V oor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage H.
3.3
Metingen aan snijradcilinders
De verplaatsing van een cilinder wordt veelal gemeten met een magnetostriktieve verplaatsingsopnemer of met een verplaatsingsopnemer die gebaseerd is op het tellen van lengte markeringen (incremental encoder). Vaak kan met deze typen verplaatsingsopnemers ook de bewegingssnelheid gemeten worden. Magnetostriktieve
verplaatsingsopnemer
- meetbereik - nauwkeurigheid
: van ca. 25 mm tot ca. 7,5 m : 0,02% van het meetbereik.
V oor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage I. Incremental
encoder
- meetbereik
- nauwkeurigheid
: geen lirniet, maar athankelijk van het bereik van de electronische teller van het systeem : wordt voor een groot deel bepaald door de nauwkeurig heid waarmee de markeringen zijn aangebracht.
Opmerking: in tegenstelling tot de magnetostriktieve opnemer is een incremental encoder meting niet absoluut. Bij spanningsuitval weet het systeem de juiste positie niet meer. Dit kan ondervangen worden door het geheugen van het systeem van een back-up batterij te voorzien. Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage J. Stuwkracht hydraulische vijzels De stuwkracht van de vijzels is athankelijk van het zuigeroppervlak van de cilinder en de druk in de cilinder. De druk kan met een industrieIe drukopnemer gemeten worden. - meetbereik - nauwkeurigheid
3.4
: athankelijk van systeemdruk : 0,1 % van het meetbereik
Schild voortstuwing
Stuurkrachten op het schild De stuurkrachten worden bepaald door de vijzeldrukken te meten. De druk kan met een industrieIe drukopnemer gemeten worden:
7
COB:
L700-02
- meetbereik - nauwkeurigheid
definitief
december
1998
: afhankelijk van systeemdruk : 0,1% van het meetbereik.
Stuurrichting schild De stuurrichting van het schild kan bepaald worden door de snelheidsverdeling te meten van de vijzels die het schild voortduwen. Deze kan worden bepaald door de verplaatsing in de tijd te bepalen. De meting van de cilinderverplaatsing kan worden uitgevoerd met een magnetostriktieve verplaatsingsopnemer of met een verplaatsingsopnemer die gebaseerd is op het tellen van lengte markeringen (incremental encoder). Zie hiervoor paragraaf 8.3.
3.5
Draaimoment (koppel) van het snijrad
Askoppelmeter Het koppel op de as van het snijrad kan bepaald worden door met rekstrookmetingen de torsie van de as te meten. Als de materiaal eigenschappen van de as bekend zijn kan het koppel bepaald worden: - meetbereik - nauwkeurigheid
: afhankelijk van het systeem : 0,5 % van het meetbereik voor de torsiemeting.
Opmerking: door de beperkte lengte van de as van het snijrad is het soms niet mogelijk om een askoppel meter te monteren. Voor specificatie van een dergelijk meet instrument zie bijlage K. Opgenomen vermogen hydraulische motor Het koppel op de as van het snijrad kan ook bepaald worden door het door de aandrijvende hydromotor opgenomen vermogen te meten Het opgenomen vermogen van een hydromotor wordt bepaald door het rendement, de drukval over de motor en het toerental. Drukval en toerental kunnen nauwkeurig gemeten worden. Voor het rendement kan veelal slechts een schatting gegeven worden. - meetbereik - totale nauwkeurigheid 3.6
: afhankelijk van het systeem : ca. 10% van het meetbereik
Ruimtelijke positie van het schild
De ruimtelijke positie van het schild kan bepaald worden door vanuit een bekend punt afstand, richting en hoogte te meten. Er zijn geavanceerde, geautomatiseerde systemen ontwikkeld die deze metingen doen en voor bijvoorbeeld tunnelboormachines aangeven wat de afwijking is ten opzichte van de gewenste positie. Dit type systemen bevat vaak ook inclinometers om de helling en de verrolling van het schild te bepalen. - meetbereik - nauwkeurigheid
: door het vormen van een netwerk van bekende punten onbeperkt : de geschatte fout bij tunnelmetingen is ca. 0,05 mlkm.
Voor specificatie van een dergelijk meetinstrument zie bijlage L.
8
COB:
3.7
definitief
L700-02
december
1998
Groutdruk en -viscositeit
Groutdruk
in de staartspleet
De groutdruk achter het schild zou gemeten kunnen worden met de zogenaamde borrelbuis meet methode. Via een in het schild aangebrachte leiding die vlak bij de uitstroomopening van de groutleiding eindigt wordt een kleine hoeveelheid vloeistof in het grout gespoten. De druk die daarvoor nodig is, is gelijk aan de groutdruk. De druk in de borrelbuis kan gemeten worden door op een bereikbare plaats een drukopnemer te plaatsen. Omdat de drukopnemer niet met grout in contact komt, kan een standaard industriele drukopnemer toegepast worden. : afhankelijk van maximale groutdruk : 0,5% van het meetbereik
- meetbereik - nauwkeurigheid
Opmerking: een aandachtspunt bij deze meetmethode is dat uithardend niet mag verstoppen. V oor specificatie van een dergelijk meetinstrument
grout de borrelbuis zie bijlage M.
Grout viscositeit Met een drukverschil opnemer kan de drukval over een leidingstuk gemeten worden. Als de specifieke massa van de groutsuspensie bekend is kan uit het gemeten drukverschil de viscositeit van de suspensie bepaald worden. - meetbereik drukverschil opnemer - nauwkeurigheid drukmeting
: 50 a 100 m bar : 0,1% van het meetbereik
Opmerking: om meetfouten te voorkomen moeten de drukopnemer naar de drukopnemer hydraulisch correct aangelegd worden.
3.8
en de meetleidingen
Grout debiet
Plunjerpomp
met slagen teller
- meetbereik - nauwkeurigheid
: vanaf een slag : afhankelijk van de vulgraad van de plunjer.
Opmerking: bij de Tweede Heinenoordtunnel is gebleken dat voor grout een debietmeting via de slagentellers van een plunjerpomp erg onnauwkeurig is. Niveau meting in de grout voorraadbak Door voor en na een grout injectie het niveau van de voorraadbak te meten kan de verpompte grouthoeveelheid bepaald worden. Bij de Tweede Heinenoordtunnel wordt het niveau met een duimstok gemeten. Als alternatief zou een akoestische niveau meter gebruikt kunnen worden. - meetbereik - nauwkeurigheid
niveau
: minimaal de dode band van de opnemer plus niveau variatie in de bak : 0,5% van het meetbereik
9
COB: L700-02
definitief
december 1998
Elektromagnetische debietmeter Met dit instrument kan het momentane debiet gemeten worden. De debietmeter kan als optie van een zogenaamde totalisator voorzien worden. Hiermee kan de verpompte hoeveelheid vloeistof bepaald worden. - meetbereik - nauwkeurigheid
: afhankelijk van boorproces : 0,2% van het ingestelde meetbereik
Opmerking: om verzekerd te zijn van een correcte meting moet een elektromagnetische debietmeter gekozen worden waarmee een extra sterk magnetisch veld opgewekt kan worden.
10
COB: L700-02
definitief
december
1998
11
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Hoofdstuk 4 VERGELIJKING 4.1
PVE MET BESTAANDE
TECHNIEKEN
Inleiding
In dit hoofdstuk wordt een vergelijking gemaakt van het programma van eisen (PvE) als opgesteld door Witteveen + Bos en de in het voorgaande hoofdstuk weergegeven overzicht van beschikbare meetapparatuur. Uitgangspunt is een zettingsgeorienteerde besturing voor een slurryschild met een diameter van circa 7 ill. In de tab ellen zijn de grootheden die betrekking hebben op een tweede en derde generatie IDBS met een grijze achtergrond weergegeven. De eerste tabel is rechtstreeks afkomstig uit een rapport van Witteveen + Bos en bestaat uit een opsomming van de physische grootheden die dienen te worden gemeten in een IDBS, met vermelding van het meetbereik en de meetnauwkeurgheid. In de de tweede tabel zijn dezelfde items genoemd en is aangegeven of voor het monitoren van de betreffende grootheden geschikte meetmethoden bestaan en of er additionele ontwikkeling is vereist voordat deze instrumenten kunnen worden toegepast.
12
COB: L700-02
Programma
4.2
Systeem van de TBM Boorsysteem
1 2
definitief
december 1998
van eisen Benaming
Eenheid
Waarde
Resolutie
Meting
kN
200 360
1 2
direct direct
mm
20
5
direct
kN
2000
10
berekend
0
3 4
I
IAxiale, radiale en tangentiele snijkrachtreaktie aan het boorfront
5
I
1Theoretische
volumestroom
door
het
~/h
150
berekend
I
11
I
13000
110
Idirect
Meet waarde hoek
Druck I
snelheid
Meetfrequentie 2 see Y2see
aantal sensoren 6 1
1 dag
16
10 see
Ip6
15 see
Ip22
flOsee
I 14
snijrad 6
I
I Axiale, radiale en tangentiale
IkN
1druk
reactiekracht snijradlager 10 see 10 see 2 see
p6 p6 8
direct direct
2 seeonden Iring
p9
0,01 100 100
direct berekend berekend
druk druk
Iring 10 see 10 see
p9 p9
10
berekend
druk
2 see
1 boven
kNm kNm bar
1000 4000 7
10 10 0,01
berekend berekend direct
10 11
bar kPa
7 400
0,01 10
12 13 14
bar kN kNm
4 2000 2000
15 I Schildsysteem
kN
11000
7 8 9
Boorfront ondersteuningssysteem
Draaimoment van het snijrad Steundruk aan het boorfront (8*lokaal)
druk druk
13
definitief
COB: L700-02
Systeem van de TBM
december 1998
Benaming I
Eenheid I
Waarde
2 sec
aantal sensoren 1 onder p15
berekend
10 sec
p27,p9,p6
10
direct
rmg
4 100
0,01 1
direct direct
rmg 5sec
10,03
10,001
180
11
I
I
I
16
KNm
17
kN
20000
100
18
kPa
400
bar mm
19 20
21 I
Tangentiele koersafwijking van de as van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace.
ITangentielehoekverdraaingvan de as
0 I
Meet-
Meting
Resolutie
waarde
I
berekend
I
direct
druk
I
Meet I frequentie
Isysteem systeem
15 sec
I
15 sec
f24
van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace. 22 I
mm/min
I Axiale snelheid van de TBM delen I
(graafwiel t.o.v. schild) 23 24 Afvoerleidingsysteem 25 IRingbouwsysteem 26 I
kNm m3/h
kNm
27 Aandrijfsysteem 28
14
kNm
I
indirect
I
weg
+ tijd
1 min 5sec
p27 4
10 1
berekend direct
1500
110
Iindirect
750
10
berekend
druk
1 min
p25
40000
100
direct
druk
5 sec
24
750
10
berekend
druk
5sec
p27,p22
3000 150
1druk- --11
min
16
definitief
COB: L700-02
Benaming
Systeem van de TBM
december 1998
I
Eenheid I
Waarde I
I
Meet-
Meting
Resolutie I
I
waarde
MeetI
frequentie
aantal sensoren
29
kNm
750
10
berekend
druk+weg
5 see
p27,p22
30
KN
5000
10
direct
druk
5 see
24
31
KNm
5000
10
berekend
druk
5 see
p30
32
KNm
5000
10
berekend
druk+weg
5see
p30,p22
m3/h
20
0,1
direct
5 see
4-10
10,01
Idirect
33 ITunneluitbouw-I systeem
Volumestroom van het steunmedium
I
in de staartspleet (t.p.v. injeetiepunten)
34 I
IDrukverdeling in het steunmedium in staartspleet
35 I
1_1111~11'11..~I"'III.IIIIIIIIIIIIII!111
I
bar
16
I
15 see
116
Iring
mm
10
1
direct
36
mm
5
1
indireet
weg
1 ring
37 I Volgsysteem
kN
1000
10
direct
druk
1 min
2
38
kNm
5000
10
berekend
druk
1 min
p37
39
kN
200
1
direct
druk
1 min
12
15
00 0'\ 0'\ ~
uQ)
t> "S Q) "'0
4-< Q) .~;.J
=
.~ t.::i Q) "'0
C'I 0 I 0 0 r~
~ 0 u
\0 , j
COB: L700-02
Vergelijking
4.3
Systeem van de TBM
1
definitief
met bestaande
december 1998
technieken
Benaming I
Meting of I
Boorsysteem
bereking?
Eerder I
uitgevoerd ?
meting
Vereist Toelichting: I
I
Ja
studie?
Metingen uitgevoerd op laboratoriumschaal. Nog niet in TBM.
Ja
21
meting
I
Ja
I
nee
I
31
meting
I
nee
I
Ja
I
Afstand tot as bekend. Snijradhoek op 10nauwkeurig meetbaar. Metingen met slijtstaven mogelijk maar nog nooit uitgevoerd. Andere technieken (o.a. akoestisch) lijken veelbelovend.
4
berekening
I
nee I
5
ITheoretische volumestroom door het
I
I
berekening I
I
Ja
Ja
I
nee
Ja
I
nee
I
Vertaling van enkele gemeten snijtandkrachten naar totale snijradkracht
IHogere
nauwkeurigheid
bij langere middelingstijd
snijrad 6
I
I Axiale, radiale en tangentiale
I
meting
I
reactiekracht snijradlager 7 8 9
10 11
Boorfront ondersteuningssysteem
Draaimoment van het snijrad Steundruk aan het boorfront (8 *lokaal)
berekening berekening meting
Ja Ja Ja
nee nee nee
meting meting
Ja nee
nee Ja
Door wrijving een lage nauwkeurigheid Met zorg naar opnemers kijken
zelfde meting als onderdeel 10 maar andere weerga ve Betreft onverstoorde situatie te meten vanuit de TBM. Ervaring uit Geotechniek maar niet vanuit TBM. Vereist studie. Prikneus of Speumeus toepasbaar?
17
COB:
Systeem van de TBM
december 1998
definitief
L700-02
Benaming I
Meting of I
bereking?
Vereist IToelichting:
Eerder I
uitgevoerd ?
studie?
I
12 13 14
meting berekening berekening
nee Ja Ja
Ja nee nee
Ais onderdeel 11
15 I Schildsysteem
berekening
Ja
nee
Meting betreft vloeistofniveau en druk; reeds voorzien in TBM's
16
berekening
Ja
nee
17 I
berekening
18 I
meting
nee
ja
19 20
meting meting
nee Ja
Ja nee
21 I
Tangentiele koersafwijking van de as van de TBM ten opzichte van de boogstraal van het trace
ITangentiele hoekverdraaingvan de as
I
nee/ja
meting
I
Ja
I
nee
berekening
I
Ja
I
nee
berekening
I
Ja
I
nee
vab de TBM ten opzichte van de boogstraal het trace? 22 I 23
18
I Axiale snelheid van de TBM delen (graafwiel t.o. v. schild)
I
Deze waarde is het resultaat van het aftrekken van twee grote getallen en dus weinig nauwkeurig. Ais niet wordt gemeten is geen verificatie mogelijk. Een meetsysteem lijkt ontwikkelbaar Ais onderdeel 11 Ais onderdeel 11
COB: L700-02
Systeem van de TBM
definitief
december 1998
Benaming
Meting of
I
I
bereking?
Vereist Toelichting:
Eerder I
uitgevoerd ?
I
I
studie?
I
24
IAfvoerleidingsysteem
Volumestroom
van de vaste stoff en
meting
271 Aandrijfsysteem
I
I
25 Ringbouwsysteem 26
meting berekening I Aandrijfkracht
van de hoofdvijzels
op I
meting
I
Ja
I
Ja
28
berekening
Ja
nee
29 I
berekening
Ja
Ja
Ja
Ja
30 I
I Staartstukviizelkrachtreaktie
OP het
I meting
nauwkeurigheiddebietmetingis OK. Bij
nee
Ja
van het boorfront
dichtheidsmeting nauwkeurigheid klein wegens onbekendheid relatieve stralingabsorbtie van het mengsel; sowieso lange middelingstijd informatie ontbreekt. Lijkt goed meetbaar volgens bestaande principes informatie ontbreekt. In principe te bepalen uit onderdeel 25
I Wrijving niet verwaarloosbaar. Vereiste nauwkeurigheid is hoog. Onderzoek gaande in KlOO. Eventueel oplosbaar met drukopnemers aan uiteinde vijzels.
Kleine scheefstandhoeken meetnauwkeurigheid
probleem voor
IAls onderdeel27
31 I
berekening
Ja
nee
32
berekening
]a
Ja
Als onderdeel 29
meting
Ja
Ja
Tot nu toe behaalde nauwkeurigheid te laag. Er zijn leveranciers die claimen dat het wel goed kan.
33 Tunneluitbouwsysteem
Volumestroom van het steunmedium in de staartspleet (t.p.v. injectiepunten)
19
definitief
COB: L700-02
Systeem van de TBM
december 1998
Meting of
Benaming I
I
bereking?
Vereist IToelichting:
Eerder uitgevoerd I ?
I
studie?
meting
nee
Ja
35 I
meting
Ja
Ja
36
meting
Ja
Ja
37 I V olgsysteem
meting
Ja
nee
38
berekening
Ja
nee
39
meting
nee
nee
34 I
20
IDrukverdeling in het steunmedium in staartspleet
Aandacht voor het aankoeken van het steunmedium aan de drukopnemer (gevaar voor boogwerking)
Aandacht besteden aan goedkoop aanbrengen reflectiepunten en mogelijkheden meting vlak na inbouuw al te kunnen uitvoeren
meten van asdrukken met uitgevoerd in TBM's maar wel elders
COB: L700-02
definitief
december 1998
Hoofdstuk 5 CONCLUSIES
EN AANBEVELINGEN
In het a1gemeen kan geconcludeerd worden dat voor een eerste orde ffiBS de meeste physische grootheden kunnen worden gemeten met bestaande meetprincipes, zonder dat aanvullend onderzoek is vereist. De onderdelen die nog wel nadere studie vragen zijn:
. . .
de aandrijfkracht van de hoofdvijzels op het schild (onderzoek vindt plaats in KlOO) de volumestroom van het steunmedium in de staartspleet (groutdebiet) de drukverdeling in het steunmedium in de staartspleet (groutdruk).
De meetprincipes die in hoofdstuk 3 worden beschreven komen voor een deel niet overeen met de principes die momenteel in TBM's worden toegepast. Het verdient aanbeveling bij het be'instrumenteren van TBM's deze andere meetprincipes af te wegen tegen de bestaande principes. Het tweede en derde orde ffiBS (grijze vakken in de tabellen van hoofstuk 4) kunnen niet worden verwezenlijkt zonder verdere ontwikkeling van meetinstrumenten. Naast de instrument en die in het kader van het eerste orde ffiBS moeten worden ontwikkeld vragen met name de volgende onderdelen nadere aandacht:
. . . .
.
Boorsysteem: krachten op en slijtage van tanden Boorfrontondersteuningssysteem: meting van geotechnische parameters in ongestoorde grond vanuit deTBM Schildsysteem: drukken en wrijvingsweerstand langs het schild Aandrijfsysteem: reactie draaimoment hoofdvijzels Tunneluitbouwsysteem: koersafwijking en vormafwijking van de tubbingring
21
COB: L700-02
definitief
Deel 2
GROND EN BELENDINGEN
22
december 1998
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Hoofdstuk 6
PROGRAMMA VAN EISEN 6.1
Inleiding
In dit hoofdstuk worden de eisen aangegeven die warden gesteld aan een Integraal BoorBeheers Systeem. De eisen zijn opgesteld op basis van het volgende:
.
. . . .
Basisprojectplan CUR/COB Ontwikkeling Integraal Boorbeheerssysteem, W. Leendertse, dd 16 oktober 1996. "Functionele specificatie IBBS" F. Kaalberg en J. Bosch, dd 20 maart 1998. Technologie-inventarisatie IBBS, Plan van aanpak, E. van Jaarsveld en J. Pennekamp, dd 20 januari 1998. Discussies in de werkgroep L700 onder voorzitterschap van W. Vlasblom. Eigen inzichten binnen Grondmechanica Delft gebaseerd op de praktijkervaringen bij de Heinenoordtunnel en andere instrumentatieprojecten.
Voor het opstellen van een Programma van Eisen is een duidelijke definitie van het Integraal BoorBeheers Systeem (IBBS) noodzakelijk. Het basisprojectplan geeft het volgende: "Het doel van de ontwikkeling van een IBBS is om de TBM processen te sturen vanuit het perspectief van de functie die de TBM vervult. Concreet betekent dit dat de TBM zodanig wordt gestuurd dat de (ont) spanning en daaruit voortvloeiende gronddeformaties c.q. maaiveldzettingen zo goed mogelijk beheerst worden. De meest voor de hand liggende manier om dit te realiseren is om de bodemontspanningseffecten te meten en terug te koppelen naar het IBBS voor sturing van de TBM processen." Wij vertalen dit in de volgende korte definitie: Het IBBS is een volledig automatisch meet- en regelsysteem met als doel het boorproces in belangrijke mate te sturen op minimalisering van belnvloeding de omgeving (maaiveld, funderingen, gebouwen). In de meest ideale situatie gaat deze definitie dus uit van een volledig automatische sturing van het boorproces. In de praktijk kunnen er ook eerst tussenvormen ontstaan waarbij bijvoorbeeld de meetresultaten online beschikbaar zijn maar deze eerst worden ge'interpreteerd waarna het boorproces handmatig wordt bijgestuurd. Hierbij is dus sprake van een menselijke tussenkomst. Voar het opstellen van het Programma van Eisen wordt echter uitgegaan van de gestelde definitie (volledig automatisch) waardoor bijvoorbeeld de eisen wat betreft aantallen meetpunten en meetfrequenties hoger zijn. 6.2
Praktijkrandvoorwaarden
Aangezien het IBBS vooral ingezet zal worden in stedelijk gebieden stelt dit reeds de volgende belangrijke randvoorwaarden aan de te kiezen meetinstrumenten: 1. De instrumenten zullen zodanig uitgevoerd moeten zijn dat ze bestendig zijn tegen vandalisme en diefstal. 2. De wijze van installatie dient zodanig plaats te vinden dat de doorgang van het verkeer slechts in beperkte mate wordt gehinderd. Het kan niet zo zijn dat bijvoorbeeld elke 10 meter de straat over de volle breedte moet worden opengebroken voor het aanbrengen van meetinstrumenten. 3. De instrument en moeten zo zijn te installeren dat de kans op verstoring van het boorproces minimaal is.
23
definitief
COB: L700-02
december 1998
4. De instrumenten dienen in de Nederlandse slappe bodem zodanig te kunnen worden gei"nstalleerd dat de prestatie van het instrument optimaal is. 5. De instrument en moeten functioneren terwijl het verkeer blijft rijden over het belangrijkste deel van het meetgebied. Dit slaat vooral op de Amsterdamse situatie waar het trace van de NZ-lijn het stratenplan voIgt. Daarnaast mogen de instrumenten geen onoverkomelijke obstakels vormen voor het verkeer.
6.3
Meetspecificaties
In deze paragraaf worden per meetparameter de meetspecificaties gegeven. Dit wordt vervolgens samengevat in tabel 6.1. V oor aIle instrument en zijn de volgende specificaties van toepassing:
.. . .
.
automatisch uitleesbaar met een uniform datalogsysteem online presentatie (binnen 30 seconde) van meetgegevens in engineering-eenheden hoge mate van betrouwbaarheid (uitvalpercentage kleiner dan 5 % per jaar) meetperiode 2 jaar meetfrequentie maximaal 20x per uur.
Opmerkingen bij onderstaande meetspecificaties:
. .
Een nauwkeurigheid van +/- 1 mm betekent dat indien de gemeten waarde 100 mm bedraagt de werkelijke waarde ligt tussen 99 en 101 mm. D = diameter tunnelbuis, H = dekking van de tunnelbuis.
+/- 0,5 mm 0,2 mm 1°° mm elke 10 meter een raai dwars op het tunneltrace met 9 punten verdeelt over een afstand van H + 1,5D; over het hart van het tunneltrace tussen elke dwarsraai een extra punt zodat een lengteraai met elke 5 meter een meetpunt beschikbaar IS geen
Horizontale deformatie in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 1 mm resolutie: 1 mm meetbereik: 400 mm positie meetpunten: elke 30 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 0,5 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij vanaf maaiveld tot 0,5D onder de tunnel elke 2 meter een meting wordt verricht volledig automatisch meten dus onderkant buis in een vaste laag opmerking: Vertic ale deformatie in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 0,5 mm resolutie: 0,2 mm meetbereik: 1°° mm
24
COB:
L700-02
definitief
december
1998
positie meetpunten : elke 30 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 0,5 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij vanaf maaiveld tot 0,5D onder de tunnel elke 0,5D (ca. 4 meter) een meting wordt verricht volledig automatisch meten (dus diepste anker in een vaste laag) opmerking: Gronddrukken in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 10 cm waterkolom (+/- 1 kPa) resolutie: 5 cm waterkolom (0,5 kPa) meetbereik: 50 m waterkolom (500 kPa) positie meetpunten: elke 10 meter aan weerzijde van het tunneltrace een meetlocatie op 0,5 tot 2 meter uit de tunnel wand waarbij ter hoogte van de tunnel en direct daarboven op in totaal 3 diepten een meting wordt verricht geen opmerking: Waterspanningen in de ondergrond nauwkeurigheid: +/- 5 cm waterkolom (+/- 0,5 kPa) resolutie: 2 cm waterkolom (0,2 kPa) meetbereik: 25 m waterkolom (250 kPa) positie meetpunten: gelijk aan de gronddrukopnemers; zodat effectieve spanning kan worden berekend geen opmerking: Horizontale deformatie gebouwen nauwkeurigheid: +/- 0,5 mm resolutie: 0,2 mm meetbereik: 50 mm positie meetpunten: elke 10 meter twee meetpunten aan de gevels; een aan beide zijden van het tunneltrace meetspecificatie (nauwkeurigheid, bereik en resolutie) hangt sterk af van het opmerking: incasseringsvermogen van het gebouw Vertic ale deformatie nauwkeurigheid: resolutie: meetbereik: positie meetpunten: opmerking:
gebouwen +/- 0,5 mm 0,2 mm 50 mm elke 10 meter twee meetpunten aan de gevels; een aan beide zijden van het tunneltrace geen
Verkenning grondgesteldheid voor het boorfront De grondopbouw en de eigenschappen van de lagen worden vooraf onderzocht door de uitvoering van grondonderzoek op een aantallocaties langs het tunneltrace. Tussen de locaties wordt geinterpoleerd. Vanuit de doelstelling van een IBBS is het wenselijk afwijkingen in de grondopbouw en eigenschappen van de lagen, zoals vooraf aangenomen, aan te passen aan de werkelijke situatie om effecten hiervan op de omgeving te rninimaliseren. Daarnaast is het wenselijk eventuele obstakels voor het boorfront tijdig te kunnen detecteren om aanpassingsmaatregelen te nemen.
25
COB:
L700-02
Tabel6.1
definitief
december 1998
Overzicht meetspecificaties
meetparameter
nauwkeurigheid
resolutie
Maaiveld deformatie
+/- 0,5 mm
0,2mm
100 mm
10 dwarsraaien 1 lengteraai
100 stuks
Horizontale deformatie ondergrond
+/- 1 mm
0,5mm
400 mm
6 stuks
72 stuks
Vertieale deformatie ondergrond
+/- 0,5 mm
0,2mm
100 mm
6 stuks
36 stuks
Gronddrukken ondergrond
+/- 10 em w.k.
5 em w.k.
50 m w.k.
6 stuks
18 stuks
Waterspanningen ondergrond
+/- 5 em w.k.
2 em w.k.
25 m w.k.
6 stuks
18 stuks
Horizontale deformatie gebouwen
+/- 0,5 mm
0,2mm
50mm
20 stuks
20 stuks
Verticale deforrnatie gebouwen
+/- 0,5 mm
0,2mm
50mm
20 stuks
20 stuks
I
per 100 m tunneltrace
26
totaal aantal meetpunten.
COB:
L700-02
definitief
december
1998
27
COB:
definitief
L700-02
december 1998
Hoofdstuk 7 LITERA TUURSTUDIE De uitgevoerde
literatuurstudie
heeft tot doe 1 een antwoord te geven op de volgende vragen:
3.
Welke instrumenten worden de laatste jaren in de praktijk ingezet voor de verschillende geotechnische metingen rondom het tunnelboorproces? (paragraaf 7.1) Hoe ver zijn andere partijen met een Integraal BoorBeheers Systeem (IBBS) of daarop lijkende systemen volgens het principe: sturen op omgevingsparameters? (paragraaf 7.2) Welke wijze van data-inwinning (data-format) wordt toegepast? (paragraaf 7.3)
7.1
Instrumenten
1. 2.
Er is een aantal auteurs die meetresultaten presenteren met een redelijke beschrijving van de gebruikte instrumenten, de positie van de instrumenten en meetresultaten. Vaak gebeurt dit vanuit onderzoeksdoelstellingen om begrip te krijgen voor de interactie tunnel-grand en om gemaakte berekeningen te evalueren [Katano 1995, Atahan 1996, Kastner 1996]. Hierbij worden meestal ongeveer dezelfde parameters in ondergrond (deformatie, gronddruk en waterspanning) en tunnellining (druk en vervorming) gemeten als voor het Tweede Heinenoordproject. In tabel 7.1 is een overzicht gegeven van de belangrijkste geotechnische paramaters en de daarvoor in de literatuur aangetroffen meetinstrumenten, inclusief relevante kenmerken. 7.2
IBBS
Naast het doen van onderzoek is een ander belangrijk doel voor metingen de monitoring van het bouwproces en bewaking van bijvoorbeeld gebouwen, leidingen en andere infrastructuur (alarmfunctie). Het CATSBY-systeem detecteert op basis van afwijkingen van de gemiddelde meetresultaten van de boorkop ('air buble pressure' en 'slurry level') mogelijke risico's voor instabiliteit van het boorfront [Aristates 1996]. Bij de aanleg van een riool onder Toronto wordt gemeten om het bouwproces te optimaliseren en het groutproces in te stellen (minimalisering zettingen) voordat een kritische metrolijn wordt gekruist [Shirlaw 1996]. Een deel van het boortraject wordt dus gebruikt om het proces in te stellen. Er is dus geen sprake van een directe real-time bijsturing van de TBM. In de literatuur is slechts een vorm van 'direct sturen op omgevingsparameters' gevonden namelijk: 'compensating grouting'. Hierbij worden volumeverliezen tijdens de boring gecompenseerd door extra grouting waardoor de grond als het ware weer wordt opgetild. Van deze techniek wordt melding gemaakt in een overzichtartikel over tunneling in soft ground in Duitsland [Wittke 1995]. Het betreft de toepassing van compensating grouting bij de aanleg van de metro in Essen. Een uitgebreid net van instrument en wordt ingezet voor monitoring. Op basis van de meetresultaten van extensometers en inclinometers nabij de funderingen wordt tijdens de onderdoorgang van een industriegebouw de grouting-installatie bijgestuurd. Bij een aantal artikelen over het Jubilee Line extension Project in Londen wordt op basis van omgevingsmetingen compensating grouting toegepast, echter er lijkt geen directe real-time koppeling tussen metingen en grouting proces [Friedman 1996, Kimmance 1996 en Murugamoorthy 1996]. Murugamoorthy maakt tevens melding van het bachy EPICA systeem dat het groutproces controleert door real-time presentatie van druk, volume en debiet van het grout.
28
COB:
definitief
L700-02
Tabel 7.1
december 1998
In literatuur genoemde instrumenten
leveling I Precise Beam Electro levels
Maai veldzetting
W.P.toestel EL tilt
Hand Auto
Horizontale deformatie ondergrond
Insertion inclinometer Multistage inclinometer
FBA FBA
Hand Auto
Verticale deformatie ondergrond
Magnetic extensometer Rod extensometer Sliding micrometer Borros anchors
Reed-relais Pot.meter onbekend W.P.toestel
Hand Auto onbekend Hand
Deformatie gebouwen en infrastructuur Gronddruk ondergrond
I Precise leveling I
Soil pressurecells
I W.P.toestel
I Hand
IVW
I Auto
Waterspanning ondergrond
Piezometer
VW
I Auto
Gronddruk inlop de lining
Soil pressure cells Concrete presure cells
VW VW
I
Auto
Strain gauges Tape extensometer
VW Tape
I
Hand
Vervorrning van de lining
Auto Auto
waarbij:
FBA VW EL tilt Hand Auto
Force Balance Accelerometer Vibrating Wire ElectroLytic Tiltmeter meting kan uitlsuitend handmatig worden uitgelezen meting kan met een datalogsysteem worden uitgelezen; daarnaast ook handmatig
Van de bouwers van Tunnel Boor Machines (TBM) is een artikel gevonden (Herrenknecht 1997). Het artikel is gericht op nieuwe ontwikkelingen op het gebied van automatisering van de boring, meet®el systemen en data-inwinning. Er wordt niets aangetroffen wat in de richting komt van sturen op omgevingsparameters. Wel wordt 'vooruit kijken uit de TBM' voor verkenning van het boortraject (vergelijk prikneus) genoemd als toekomstige ontwikkeling.
7.3
Data-inwinning
Over de wijze van data-inwinning is een artikel gevonden dat de werking van een Automatic Monitoring System (AMS) beschrijft [Price 1996]. Het AMS verzorgt de data-in winning, opslag en real-time presentatie. Tevens zijn er voorzieningen zoals alarmfuncties en mogelijkheden bepaalde metingen te correleren. Een aantal auteurs bericht over database-structuren voor het bouwen van tunnels. Bij de aanleg van de Muini Metro in San Francisco wordt een database gebruikt voor het opslaan van inspectiegegevens, meetgegevens en omgevingsfactoren [Sherry 1996]
29
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Voor aanleg van tunnels in gesteente is het Data Evaluation System for Tunneling (DEST) ontwikkeld [Liu 1997]. Hiermee worden geologische, mechanische en hydrologische gegevens en gegevens gedurende de bouwfase geevalueerd. De data wordt automatisch ge'interpreteerd om de invloed op de tunnelbouw te evalueren (expertsysteem).
30
COB:
L700-02
definitief
december
1998
31
COB:
L700-02
definitief
december 1998
Hoofdstuk 8 INSTRUMENTEN
EN TOETSING
Op basis van de literatuurstudie en contacten met leveranciers worden in dit hoofdstuk de verschillende instrument en voor meting van een bepaalde geotechnische parameter en toetsing aan het Programma van Eisen behandeld. Gezien de gestelde eisen betreffende online monitoring worden de instrument en die alleen handmatig kunnen worden uitgelezen buiten beschouwing gelaten. In bijlage Al wordt een overzicht gegeven van de instrument en, belangrijkste eigenschappen en toetsing. In de bijlagen B 1 tot en met B15 worden technische details van de diverse meetinstrumenten gepresenteerd. Maaivelddeformatie
8.1
Een belangrijk deel van de inventarisatie van technieken voor meting van maaivelddeformatie is reeds uitgevoerd [Krom 1996]. In deze paragraafwordt op basis hiervan een korte beschrijving van de relevante meettechnieken gegeven, inclusief een toetsing aan het Programma van Eisen. Voor automatische meting van de maaivelddeformatie zijn in principe drie methoden beschikbaar, namelijk:
.. . .
optische landmeetkundige meting (total station en automatisch waterpassyteem) waterpassystemen met sensoren (slangen waterpas en zettingsmeetslang) differentiele hoekmetingen (tiltmeters) optische glasvezeltechnieken.
8.1.1
Total Station
Bij een meting met een total station worden op maaiveld reflectiepunten aangebracht. Het total station bestaat uit theodoliet met een laser afstandsmeter (in bijlage B 1 wordt een dergelijk systeem van Leica getoond). Wanneer een reflectiepunt wordt aangestraald worden met behulp van de theodoliet twee hoeken gemeten. Tevens wordt met de afstandsmeter de afstand tussen instrument en reflectiepunt bepaald. Met behulp van twee hoekmetingen en een afstand is het punt in X-, y- en z coordinaten vastgelegd. Het instrument kan worden voorzien van een aandrijving waardoor automatisch een serie voorgeprogrammeerde reflectiepunten kan worden aangestraald. Hierbij wordt het instrument automatisch gericht en de meting uitgevoerd. Het systeem 'zoekt' hierbij naar een optimale reflectie van het licht. am de nauwkeurigheid van de meting te vergroten wordt meestal een meetopstelling voorzien van twee total stations waarmee dan meerdere punten kunnen worden opgemeten. In de praktijk is het systeem vooral ingezet voor monitoring van deformatie van grote constructies zoals stuwdammen, bruggen etc. Behalve dat het instrument niet geheel voldoet aan de gestelde meetspecificaties (nauwkeurigheid en resolutie) zijn er een aantal praktische bezwaren:
. .
32
Het is de vraag of het relatief dure instrument zodanig kan worden opgesteld dat diefstal of beschadiging niet mogelijk is. Passerend verkeer zal zorgen voor een verstoring van de meting.
COB: L700-02
.
definitief
december 1998
Het richten van het instrument en het uitvoeren van een nauwkeurige meting duurt minimaal 5 seconde waardoor binnen de maximale verwerkingtijd (30 seconde) met een meetopstelling slechts 6 metingen kunnen worden uitgevoerd.
8.1.2 Automatisch waterpassysteem Bij een meting met een automatisch waterpastoestel worden op maaiveld barcode strips aangebracht. Het automatische waterpassysteem bestaat uit een waterpasinstrument met een sturingsmechanisme (in bijlage B16 wordt een dergelijk systeem van op basis van een waterpastoestel van Leica getoond). Het sturingsmechanisme richt het waterpastoestel op een barcode strip, stelt scherp en verricht een aflezing. Het instrument voldoet aan de gestelde meetspecificaties maar er zijn praktische bezwaren vergelijkbaar met een total station. Daarnaast is het plaatsen van de barcode strips, verlichting en instrument op het maaiveld niet mogelijk zonder het gebied af te zetten voor verkeer en publiek.
8.1.3
Slangenwaterpas
Twee leveranciers hebben in hun assortiment zogenaamde slangen waterpassystemen. Hierbij wordt het principe toegepast dat het vloeistofniveau in twee communicerende vaten altijd gelijk is. Ten opzichte van dit referentieniveau kunnen deformatiemetingen worden verricht. Voorwaarde daarbij is dat er geen verschillen zijn in temperatuur en dichtheid van de vloeistof in het systeem en heersende luchtdruk bij de vaten. In de bijlagen B2 en B3 wordt schematisch de opzet van beide meetsystemen weergegeven. Met behulp van drijvers en daaraan verbonden sensoren wordt de optredende deformatie ten opzichte van nulmetingen bepaald. Eventuele luchtdrukverschillen worden bij deze systeemopzet geelimineerd door de vaten te voorzien van een beluchtingsslang. De verschillen tussen beide systemen zijn minimaal. Geokon kiest als verplaatsingsopnemer voar een trillende snaar opnemer terwijl Interfels gebruik maakt van de meer conventionele LVDT. Beide meetsystemen voldoen goed aan de vereiste meetspecificaties maar zijn ook kostbaar. Aileen de kosten voor de instrumenten voor een meetraai bedragen circa 45 kf. Daarnaast zijn er een aantal praktische nadelen:
. .
Het systeem lijkt naar onze mening gevoelig voor trillingen van bijvoorbeeld het verkeer. Door een goede keuze van de vloeistof, voldoende demping in het systeem en filtering van de signalen verwachten wij echter dat dit probleem oplosbaar is. Het noodzaak van het installeren van meetcellen maakt de methode problematisch voor gebruik in stedelijk gebieden omdat dan per meetraai (elke 10 meter) over de gehele breedte van de weg een sleuf moet worden gemaakt in het wegdek.
8.1.4
Zettingsmeetslang
Een variant op de slangen waterpas is de zettingsmeetslang (zie bijlage B2, settlement profiler). Een in de grond aangebracht slang is gevuld met een vloeistof. Tijdens de uitvoering van de meting wardt een druksensor door de slang getrokken waarbij op discrete punten de vloeistofdruk wordt bepaald. Uit de verschildrukken tussen de nulmeting en vervolgmetingen kan de verticale deformatie worden berekend. Ook hierbij gelden dezelfde randvoorwaarden en trillingsgevoeligheid als bij het slangen waterpassysteem. Deze methode worden al vrij lang toegepast als handmatige metingen maar kan door modificatie geschikt worden gemaakt voor automatische metingen.
33
COB:
L700-02
definitief
december
1998
In de zettingsmeetslang wordt dan een streng drukopnemers (elke 2 meter een sensor) aangebracht in plaats van het doortrekken van een drukopnemer. De streng drukopnemers wordt tijdens de passage van de meetraai gemonitoord. Bijkomend voordeel is dat na passage de streng drukopnemers kan worden verwijderd en elders kan worden ge'installeerd waardoor de kosten voor de instrumenten sterk kunnen worden teruggebracht. Een nauwkeurige druksensor van bijvoorbeeld de fmna Druck heeft bij een bereik van 70 kPa een nauwkeurigheid van 0,1 %; in water is dit een nauwkeurigheid van 0,7 mm. Hiermee kan net niet worden voldaan aan de meetspecificaties. Door toepassing van een vloeistof met een hoger soortelijk gewicht dan water kan wellicht worden voldaan aan het nauwkeurigheidscriterium. Door gebruik van horizontaal gestuurde boringen is het naar onze mening mogelijk de zettingsmeetslangen te installeren zonder dat daarvoor de gehele weg moet worden opengebroken. Een nadeel van deze methode is dat weinig ervaring is met deze wijze van (automatische) uitvoering. Dit maakt het nodig het systeem goed te testen onder laboratoriumomstandigheden en te valideren in een veldproef. 8.1.5
Elektronische tiltmeters
Er zijn twee leveranciers (Sinco en Solexpert) gevonden die een systeem leveren gebaseerd op het meten van hoekverdraaiing van het instrument als gevolg van maaivelddeformatie (zie bijlage B4 en B5) Het systeem bestaat uit gekoppelde scharnierende staven waarop een sensor is gemonteerd die de hoekverdraaiing bepaald. Hierbij is uitgegaan van een staaflengte (meetbasis) van 2 meter. Uit de gemeten hoekverdraaiingen wordt over de meetbasis een hoogteverschil berekend. Wanneer de hoogteverschillen worden gesommeerd ontstaat een totaalbeeld van de maaivelddeformatie. Belangrijk hierbij is dat het uiteinde van de gekoppelde staven is gemonteerd aan een zettingsvrij vastpunt. Dit is de enige wijze om ook de absolute maaivelddeformatie te kunnen bepalen zander dat andere (hand)metingen noodzakelijk zijn. Beide systemen voldoen niet aan de meetspecificaties en ook de wijze van installatie is, voor zover nu is te overzien, problematisch. Voor installatie zal namelijk de straat moeten worden opengebroken. Het toepassen van horizontaal gestuurd boren als methode van installatie lijkt ons hiervoor niet goed mogelijk. Het probleem hierbij is van praktische aard: hoe wordt de speciale inclinometer casing (standaardlengte circa 3 meter met koppelstukken) met daarin het meetsysteem geplaatst met behulp van een gestuurde boring? 8.1.6
Glasvezels en optische technieken
Glasvezels kunnen in principe worden gebruikt voor het meten van vervormingen. De firma Identity past bijvoorbeeld optische sensoren toe voor het meten van rekken in constructies en verplaatsingen van constructies. Voor meting van maaivelddeformatie zijn echter geen toepassingen gevonden. Door Grondmechanica Delft wordt op dit moment een verkennende studie verricht naar de mogelijkheden hiervan voor de langere termijn. 8.2
Horizontale deformatie van de ondergrond
Voor automatische meting van horizontale deformatie in de ondergrond is een geautomatiseerde versie van de in Nederland standaard uitgevoerde handmatige hellingmeting beschikbaar. In de grond wordt een kunststof hellingmeetbuis geplaatst die is voorzien van 4 gleuven over de gehele lengte van de
34
COB:
L700-02
definitief
december
1998
buis. Deze gleuven dienen als geleiding van het meetinstrument. Bij een handrnatige meting wordt het meetinstrument (de inclinometer) in de buis afgelaten en wordt elke 0,5 meter de hellingshoek van de casing in twee richtingen bepaald. Daaruit kan per diepteniveau de horizontale deforrnatie worden berekend. Door sommatie van de meetwaarden over de diepten kan de totale horizontale deforrnatie worden bepaald. Om een vast referentiepunt voor de meting te verkrijgen wordt de onderkant van de hellingmeetbuis in een diepe vaste laag geplaatst waar geen deforrnatie optreedt. De handrnatige inclinometer is voorzien van zeer nauwkeurige maar ook kostbare meetsensoren. Het automatische systeem bestaat uit gekoppelde meetelementen met een lengte van 2 meter met een goedkoper type meetsensor (zie bijlage B6 en B7). Deze meetelementen bepalen de hellingshoek van de hellingmeetbuis in 2 richtingen. De streng van gekoppelde meetelementen wordt in dezelfde hellingmeetbuis afgesteld als die voor handmatige metingen wordt gebruikt. Na passage van de TBM kunnen de instrumenten uit de buis worden gehaald en op een andere locatie worden ingezet hetgeen aanzienlijke kostenbesparing kan opleveren. Sinco kiest bij dit meetsysteem voor een elektrolytische transducer met een meetnauwkeurigheid die niet voldoet aan de meetspecificaties. Geokon gebruikt trillende snaar opnemers waarvan de nauwkeurigheid niet wordt gespecificeerd. Wij verwachten dat ook deze niet kan voldoen aan de meetspecificaties. Behalve de meetnauwkeurigheid voldoet het systeem aan aIle gestelde eisen. Het plaatsen van de hellingmeetbuis gebeurt met behulp van een (puls)boring. Na het bereiken van de diepte wordt de boorcasing getrokken en het gat laagsgewijs afgedicht met grind en zwelklei. Grondmechanica Delft ontwikkelt op dit moment een wegdrukbare hellingmeetbuis met als doel bij een kwalitatief gelijkwaardige meting de plaatsingskosten (boorstelling) te reduceren.
Verticale deformatie van de ondergrond
8.3
V oor meting van de vertic ale deformatie in de ondergrond zijn twee verschillende beschikbaar:
. .
systemen
de staaf-extensometer waarbij deformatie op een bepaalde diepte wordt gemeten ten opzichte van maaiveld micrometer waarbij de deformatie wordt bepaald over een bepaalde meetbasis, om een totaalbeeld te verkrijgen worden de waamemingen gesommeerd over de diepte.
8.3.1
Staaf-extensometer
Bij een staaf-extensometer worden in een boorgat op meerdere niveaus ankerpunten in de ondergrond aangebracht. In de Nederlandse bodem kan het beste gebruik worden gernaakt van een zogenaamd packeranker (zie bijlage B8). Dit anker bestaat uit een stalen bus met eromheen een zak van geotextiel. Tijdens de installatie wordt de zak gevuld met grout zodat deze zich vastklemt tegen de wand van het boorgat. De ankers worden met fiberglasstaven verlengd tot aan rnaaiveld. Met behulp van de verplaatsingsopnemer wordt de verticale deformatie van het ankerpunt ten opzichte van maaiveld gemeten. Interfels levert een dergelijk systeem waarbij gebruik kan worden gemaakt van verschillende type verplaatsingsopnemers. De staaf-extensometer wordt afgesteld in het boor gat van een (puls)boring. Tijdens het trekken van de boorcasing wordt het boorgat, afhankelijk van de grondslag, afgedicht met zwelklei en grind. Om be'invloeding van de meting door bovenliggende grondlagen te voorkomen wordt de filberglassstaaf geplaats in een flexibele slang. Aangezien de meting wordt uitgevoerd ten opzichte van het, aan
35
COB: L700-02
definitief
december 1998
zettingen onderhevige, maaiveld is een referentiepunt nodig. Als referentiepunt van de meting kan worden gekozen uit de volgende opties:
..
afstelling van het diepste anker in een vaste laag waar geen deformatie optreedt het op een andere wijze automatiseh meten van de deformatie van het maaiveld (zie paragraaf 10.1)
Het systeem voldoet aan aIle gestelde eisen en is suceesvol toegepast bij het Heinenoordproject.
8.3.2
Fixed micrometer
Een andere wijze van het meten van vertieale deformatie in de ondergrond wordt geleverd door Solexpert (zie bijlage B9). Hierbij wordt een buis in de grond geplaatst op een vergelijkbare wijze als bij een hellingmeetbuis. Deze buis is aan de binnenzijde voorzien van nokken voor het installeren van de meetinstrumenten. Het meetinstrument wordt op een bepaalde diepte afgesteld en meet dan de verlenging van het instrument over een bepaalde meetbasis (2 meter). Door in een buis over het totale dieptebereik meerdere instrumenten aan te brengen kan door sommatie een totaalbeeld van de vertikale deformatie worden verkregen. Ook voor deze meetmethode is een referentiepunt voor de meting noodzakelijk. Hierbij zijn in principe dezelfde mogelijkheden als bij een staaf-extensometer voorhanden. Uit de gegevens van de leverancier blijkt dat het systeem vooral is toegepast in gesteenteformaties en betonnen constructies waarbij de buis met behulp van grout in het boorgat is verankerd. De locale deformaties zijn relatief klein en worden zonder problemen via de buis overgebracht op het instrument. In de Nederlandse situatie ligt dit anders: de deformaties kunnen locaal groot zijn (slappe lagen) en de verankering kan niet met grout gebeuren omdat zich dan een stijf element in de ondergrond vormt die verticale deformaties van de ondergrond niet overneemt. Indien het boorgat wordt afgedicht met de gebruikelijke zand en zwelklei is het de vraag of verticale deformaties van grond voldoende worden overgebracht op de aan de buitenzijde gladde buis. Voor zover bekend is hiermee in Nederland geen ervarmg. Het meetinstrument voldoet derhalve ons inziens bij deze uitvoeringsvorm niet aan de gestelde eisen met betrekking tot de wijze van installatie. Tevens is het meetbereik beperkt. 8.4
Gronddruk in de ondergrond
In prineipe zijn twee systemen direct besehikbaar voor meting van gronddrukken in de ondergrond, namelijk:
. .
Stress Monitoring Stations (SMS), zie bijlage BIO en Bll Spade eells, zie bijlage B12.
Het meetprincipe van beide systemen is vergelijkbaar echter door de verschillende wijze van plaatsing is de uitvoeringsvorm verschillend. Het meetprincipe berusten op een vloeistof gevulde platte eel met een ingebouwde druksensor. Indien de druk op de eel toeneemt wordt de vloeitofdruk groter, hetgeen wordt geregistreerd met een druksensor. Het stress monitoring station zoals geleverd door de firma's Interfels en Glatzl wordt gebruikt voor plaatsing in boorgaten. Het instrument bestaat uit een frame waarop verschillende horizontale- en
36
COB: L700-02
definitief
december 1998
verticale drukcellen kunnen worden gemonteerd. Vaak wordt tevens een waterspanningmeter gemonteerd. Beide leveranciers gebruiken trillende snaar opnemers als druksensor. Het installeren van een SMS is moeilijk. Door de uitvoering van de boring zal namelijk altijd enige mate van grondontspanning optreden. De spade cell is een druksensor voor meting van uitsluitend horizontale gronddrukken die wegdrukbaar is gemaakt. Bet installeren van een spade cell is moeilijk. Door het wegdrukken zal namelijk altijd enige mate van grondopspanning optreden. De instrumenten op zich voldoen beide aan de meetspecificaties echter de wijze van installatie is een problematische zaak. Op basis van de gegevens die nu beschikbaar zijn is voor deze vraagstelling geen goede uitspraak te doen over het toepassen van deze gronddrukinstrumenten.
8.5
Waterspanningen in de ondergrond
Een waterspanningsmeter bestaat uit druksensor met daarvoor een filter dat de waterdruk in de ondergrond scheidt van de totale heersende druk (grond + waterdruk) in het grondpakket (zie bijlage B 12 en B 13). Er zijn twee verschillende uitvoeringsvormen mogelijk van de meting: de barometrisch niet gecompenseerde waterspanningsmeter bevat een absolute druksensor; dit betekent dat de meting wordt be'invloedt door luchtdrukvariaties. de barometrisch gecompenseerde waterspanningsmeter bevat een verschildruksensor die via een beluchtingsslang aan een zijde is verbonden met de buitenlucht; hierdoor vindt geen beinvloeding plaats door luchtdrukvariaties Wegdrukbare waterspanningsmeters worden door een aantalleveranciers geleverd (Geonor, Sinco Geokon en Grondmechanica Delft) waarbij als druksensor verschillende type sensoren worden toegepast. Aangezien de heersende luchtdruk op relatief eenvoudige wijze automatisch kan worden gemeten is het niet noodzakelijk barometrisch gecompenseerde waterspanningsmeters toe te passen. Een waterspanningsmeter voldoet niet aan de meetspecificaties. Verder wordt door aIle waterspanningsmeters voldaan aan de gestelde eisen. Met deze methode is in Nederland op ruime schaal ervaring opgedaan in de dagelijkse bouwpraktijk (dijkversterkingen, zandophogingen etc.)
8.6
Deformatie gebouwen
Voor horizontale en vertikale deformatie van gebouwen zijn de zeer gevoelige tiltmeters uitermate geschikt. De tiltmeters kunnen worden gemonteerd op een meetbasis van een bepaalde lengte. De meetbasis wordt op de muur van een gebouw bevestigd. Met behulp van een elektrolytische sensor wordt over de meetbasis de hoekverdraafng gemeten. Hieruit kan de relatieve deformatie van het gebouw worden berekend. (zie bijlage B14). Het systeem van Sinco en Geokon voldoen aan aIle gestelde eisen. v oor meting van uitsluitend de vertikale deformatie zijn een tweetal instrumenten voor meting van maaivelddeformatie, die voldoen aan de gestelde eisen, ook toepasbaar. Beide systemen voldoen nu wel aan de eisen met betrekking tot vandalisme en verkeer om dat de systemen hoog boven maaiveld kunnen worden opgesteld. Het betreft het volgende:
.
automatisch waterpassysteem
(zie paragraaf 8.1.2)
37
definitief
COB: L700-02
.
slangenwaterpas
december
1998
(zie paragraaf 8.1.3)
Ten opzichte van de, relatief goedkope, elektronische tiltmeters is de inzet van deze systemen alleen interressant als om andere redenen deze reeds worden ingezet in het totale meetprogramma. Hierbij moet nog worden opgemerkt dat het automatische waterpassysteem maximaal circa 6 meetpunten per 20 seconde kan opmeten. Gezien de eis van online monitoring (binnen 30 seconde de meetresultaten beschikbaar) en het voorziene aantal meetpunten (20 stuks per 100 meter tunneltrace) betekent dit dat drie automatische waterpastoestellen nodig zijn. De praktische plaatsing van waterpastoestellen en meetpunten in een vlak kan een probleem zijn. Het total station voldoet niet aan de specificaties voor meetnauwkeurigheid en ook hierbij geldt dat, vergelijkbaar met het automatisch waterpastoestel, minimaal 4 total stations per 100 m tunneltrace nodig zijn om online te kunnen monitoren. Voordeel is wel dat horizontale- en vertikale absolute deformaties worden geregistreerd en toestel en meetpunten niet in een vlak behoeven te worden opgesteld. In een praktijksituatie waarbij een meetnauwkeurigheid van +/-1 mm voldoet en de eis m.b.t online monitoring op 1 minuut wordt gesteld is het monitoren van de deformatie van gebouwen met behulp van 2 total stations een goed alternatief voor tiltmeters. Voor een praktijksituatie zou ook een combinatie van tiltmeters en total stations kunnen worden overwogen waardoor de specifieke voordelen van tiltmeters (gevoelig en snel) en total stations (direct absolute verplaatsingen) beiden beschikbaar zijn. Tevens is een manier van schade monitoring gevonden. Het betreft zogenaamde crackmeters. Hiermee kan scheurvorming tijdens de passage van de TBM worden gemonitoord. Het principe bestaat uit een nauwkeurige verplaatsingsopnemer die over een bestaande scheur of voeg wordt gemonteerd aan de muur (zie bijlage B15). Sinco en Geokon gebruiken hiervoor trillende snaar verplaatsingsopnemers.
8.7
Verkenning grondgesteldheid voor het boorfront
In het kader van COB-onderzoek L300 worden op dit gebied verschillende onderzoeken uitgevoerd. Het gaat hierbij om het onderzoeken van meettechnieken zoals het horizontaal sonderen en andere detectietechnieken vanuit de TBM en visualisatie van de metingen.
38
COB:
L700-02
definitief
december
1998
39
definitief
COB: L700-02
december 1998
Hoofdstuk 9 CONCLUSIE
EN AANBEVELINGEN
Geen van de systemen voor meting van maaivelddeformatie voldoet direct aan het totale programma van eisen. De meest veelbelovende techniek is de gemodificeerde zettingsmeetslang aangebracht met een horizontaal gestuurde boring. Wij adviseren deze techniek eerst te testen onder laboratoriumomstandigheden en vervolgens te valideren in een veldtest. Voor meting van horizontale deformatie van de ondergrond is een meetnauwkeurigheid van +/- 1 mm niet haalbaar. Indien de gestelde eis kan worden aangepast tot een meetnauwkeurigheid van +/- 2 mm adviseren wij, gezien de kosten, het systeem van Sinco te gebruiken. Ret Vertical In-place Inclinometer systeem voldoet behalve meetnauwkeurigheid aan alle andere gestelde eisen. De staaf-extensometer voldoet aan alle eisen voor meting van de verticale deformatie in de ondergrond. Gezien de goede ervaringen bij de Reinenoordtunnel adviseren wij het systeem van Interfels met Packer-ankers toe te passen. Op basis van de gegevens die uit dit onderzoek naar voren zijn gekomen is geen goede uitspraak te doen over het betrouwbaar meten van absolute gronddrukken in de ondergrond. Beide typen systemen zijn problematisch met betrekking tot de wijze van installatie. Wij adviseren hierna meer onderzoek te verrichten in de richting van de ontwikkeling van een goede methode van inbrengen van een gronddrukcel. Meting van de waterspanning in de ondergrond is een meting die vaak wordt uitgevoerd in Nederland. Meerdere waterspanningsmeters voldoen aan alle gestelde eisen. Indien de heersende luchtdruk apart wordt gemeten adviseren wij uit kostenoverwegingen een trillende snaar waterspanningsmeter van Sinco of Geokon. Relatieve deformatie van gebouwen kan goed worden gemonitoord met EL Beam sensoren (tiltmeters). Ret systeem voldoet aan alle gestelde eisen. Voor een praktijksituatie zou ook een combinatie van tiltmeters en total stations kunnen worden overwogen waardoor de specifieke voordelen van tiltmeters (gevoelig en snel) en total stations (direct absolute verplaatsingen) beiden beschikbaar zijn. Tevens is een meet instrument beschikbaar voor monitoring van scheurvorrning, de zogenaamde crackmeter. V oor de aanbeveling zijn de gestelde eisen in het Programma van Eisen en Wensen van zeer groot belang. Ret spreekt voor zich dat wanneer het programma van eisen wordt bijgesteld, andere meetsystemen zullen worden aanbevolen.
40
COB: L700-02
definitief
december 1998
Literatuurlijst [Wittke 1995] W. Wittke, German national report on tunneling in soft ground, Underground Constuctions in Soft Ground (1995 Balkema, Rotterdam), p 101-106 [Katano 1995] S. Katano, Behavior of cohesive soil ground during shield tunneling, Underground Constuctions in Soft Ground (1995 Balkema, Rotterdam), p269-272 [Krom 1996] R.P. Krom, Inventarisatie van technieken voor het continue meten van maaiveldzettingen (juli 1996 TNO-Bouw 96-CMC-R0286) [Aristaghes 1996] P. Aristaghes et aI, CATSBY: Collapse real-time prevention system for slurry boring macines in soft ground, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p245-249 [Sherry 1996] G. Sherry et aI, Tunnel observations for the Muni Metro Turnback project, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p317-323 [Friedman 1996] M. Friedman et aI, Measures to limit structure settlements during construction of the station complex at Southwark, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p349-354 [Kimmance 1996] J.P. Kimmance et aI, The NATM and compensation grouting at Redcross Way, Geotechnical Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p385-390
aspects of
[Murugamoorthy 1996] C. Murugamoorthy et aI, Ground movements and vertical compensation grouting during shaft construction - Jubilee Line Extension, Green park Station: Contract 101, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p417 -422 [Shirlaw 1996] J.N. Shirlaw et aI, Monitoring during construction of the Allen Sewer Tunnel, Toronto, Canada Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p429-434 [Atahan 1996] C. Atahan et aI, Performance of a shield sewer tunnel in the Val-de-Mame, France, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p641-646
[Kastner 1996] R. Kastner et aI, In situ monitoring of the Lyins Metro D line extension, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p701-724
41
COB:
L700-02
definitief
december
1998
[Price 1996] G. Price et aI, Monitoring of tunnels, surrounding ground and adjacent structures, Geotechnical aspects of Underground Constuctions in Soft Ground (1996 Balkema, Rotterdam), p737-743 [Uu 1997] Q. UU et aI, Evaluation of data during tunneling by using an expert system, Tunnels for People, (1997 Balkema, Rotterdam), p97-102 [Herrenknecht 1997] M. Herrenknecht, Electronics, data recording and guidance systems - The latest developments in mechanised tunnelling technology, Tunnels for People, (1997 Balkema, Rotterdam), p701-708
42
BIJLAGEN
Bijlage A Drukopnemer
voorzien van scheidingsmembraan
00
Glatzl
T8)e!on(0721) 5168 -0 Telefax (0721) 51 6630
Elektrischer Spannungsaufnehmer fur Erddruck und FlUssigkeitsdruck
Gesellschall
r()rl~nw~g 11 76287 Aheinstetten G~rm3ny
Typ EESK 8,6/14
IOrBaumess. taehnll\ mbH
Der el.ktrische max. 600 bar.
Sp8nnungsaufnehmer
VE
~50S93
dient zur Messung van Spannur'lgen und Flussigkeitsdrucken
bis
In einem Druckkissen, das an einen elektrischen Aufnehmer angeschlossen ist, befindet sich im geschlossenen System eine HYdraulikflussigkeit. Bei Belastung des Druckkissens wird der entstehende Hydraulikdruck auf die Membrane des elektrischen Autnehmers ubertragen und in eine Spannung proportional zur BelastUng gewandelt.
