Tunnel face stability in Dutch soil – evaluation and optimalisation of support pressure bounderies

Het onderzoek van toelaatbare steundruk tijdens “shield tunneling” in zwakke Nederlandse bodem is het onderwerp van deze afstudeeropdracht. Op basis van de metingen en ervaringen van het Tweede Heinenoordtunnel project zijn de minimale en maximale ondersteuningsdrukken geëvalueerd en geoptimaliseerd voor toekomstige Nederlandse tunnel werkzaamheden.

Er zijn verschillende modellen voor vlakstabiliteit ontworpen voor de berekening van minimale en maximale steundrukken. Al deze modellen gaan uit van een hydrostatische verdeling van de poriëndruk voor het tunnelvlak. De modellen zijn daarom geëvalueerd op basis van de berekende horizontale effectieve steundruk en er kan worden geconcludeerd dat de resultaten binnen een klein bereik van 15-30 kPa liggen voor een overbuden – diameter verhouding C/D=1.

Naast een evaluatie van bestaande modellen voor globale vlakstabiliteit, zijn enkele typische fenomenen zoals de invloed van het getij, slibinfiltratie en het snijproces onderzocht. Deze verschijnselen hebben allemaal invloed op de poriedruk voor het tunnelvlak. Implementatie van deze verschijnselen voor de Nederlandse situatie levert een hogere minimale steundruk op dan de berekende ondergrens van de steundruk die tijdens het project Tweede Heinenoordtunnel is toegepast.

Met betrekking tot de geldende maximale steundruk lopen de rekenresultaten van de bestaande modellen sterk uiteen. Wigmethodes berekenen steundrukken, die twee keer zo hoog zijn als de methode die is gebruikt tijdens het project Tweede Heinenoordtunnel.

Het optreden van micro faalmechanismen zoals piping, hydraulisch breken en caviteitexpansie is onderzocht voor doorsneden met een kleine deklaag om te zien of het gevaar van instabiliteiten aanwezig is voordat globaal falen (blow-out) van de deklaag plaatsvindt. Uitzetting van de holte is niet maatgevend in Nederlandse bodem, behalve voor dwarsdoorsnede bestaande uit (sterk) overgeconsolideerde klei. Het gevaar voor piping is aanwezig in homogene doorlatende grond, wanneer drijfmest wordt gebruikt met een lage afschuifsterkte en de voortbewegingssnelheid van de TBM laag is. Hydraulisch breken is niet normaal wanneer de ongedraineerde afschuifsterkte van de klei voor het tunneloppervlak Cu<25 kPa is (voor C/D=1).

Bij de geëvalueerde doorsneden, de marge tussen de nieuw berekende grenzen van de ondersteuning druk kleiner is dan de gewenste 30 kPa (TCH) of zelfs negatief is. Als de invloed van de typische verschijnselen, bij het verhogen van de poriëndruk en dus de minimale steundruk, juist is, moet de tunnel dieper worden gesitueerd om de stabiliteit tijdens de bouw te garanderen. Het probleem is dat de modellen, data en bodemparameters grote onzekerheden en variaties vertonen.